Инструкция для желающих потрогать ферро-резонанс “своими руками”

Гетеродинный индикатор резонанса (ГИР)

При конструировании и настройке радиоаппаратуры, весьма полезен такой остроумный прибор как гетеродинный индикатор резонанса. Прибор, в большинстве случаев, довольно прост и может быть изготовлен даже начинающим радиолюбителем.

Применяется, в основном для измерения частоты резонанса в колебательных контурах радиоаппаратуры. С помощью ГИР, можно также измерять емкости конденсаторов и индуктивности катушек, измерять резонанс антенны.

Гетеродинный – значит генерирующий колебания высокой частоты. У генератора ВЧ нашего прибора, катушка колебательного контура вынесена наружу и выполнена на манер этакого щупа. Принцип измерений основан на том факте, что в случае настройки на одну частоту двух близко расположенных контуров, они входят в резонанс и наблюдается “отсос” энергии колебаний из одного контура в другой. Колебательный контур ГИРа перестраиваемый – имеет переменный конденсатор с проградуированной шкалой.

Чтобы определить частоту резонанса исследуемого контура, катушку ГИРа (или катушку связи) подносят к контуру и изменяя частоту прибора, добиваются минимума показаний индикатора. Настройка довольно «острая». Этакий провал стрелки индикатора. Искомую частоту считывают со шкалы.

Прибор был изготовлен по простейшей схеме, опубликованной в журнале «Радио» №3 1975г. Автор В. Борисов.

Собрать схему ничего не стоит, но для того чтобы прибором было удобно пользоваться, придется повозиться.

Инструменты.
Минимальный набор слесарного инструмента преимущественно для мелких работ, обязательно ножницы по металлу, несколько разных надфилей. Инструмент для разметки. Хорошо бы располагать ювелирным лобзиком или гравёром – для выпиливания окон в корпусе, но можно и обойтись. Лобзик «пионерский», по дереву, плюс подставку «ласточкин хвост» для выпиливания. Понадобится что-то сверлильное – электрическая дрель или сверлильный станок, сойдет и шуруповерт. В отдельных случаях, могут быть полезны вытяжные заклепки с соответствующим инструментом для их установки.

Паяльник небольшой мощности и все что к нему полагается, в том числе набор инструментов для электромонтажа. Паяльник мощностью около 75…100Вт, для конструкционной пайки. Кое-где удобен клеющий пистолет. Немного терпения и аккуратности.

Материалы.
Кроме радиоэлементов, понадобиться немного кровельной оцинкованной стали, кусочек оргсекла и ДВП или текстолит. Немного мелких метизов. Пластиковые каркасы для сменных катушек.

Для начала стоит подобрать все радиоэлементы и зная их габариты заняться компоновкой прибора. Удобно это делать в САПР Автокад. Для домашнего, хоббийного использования, достаточно освоить принцип построения и несколько основных инструментов.

Корпус прибора решено было изготовить из оцинкованной кровельной стали 0,5мм, методом гибки из двух П-образных деталей. Металлический корпус, также, хорошо экранирует схему. Окна в корпусе для установки приборов, разъема, были выпилены гравером с отрезным диском. Удобно будет использовать и ювелирный лобзик.

В этом варианте ГИРа – разъем для сменных катушек должен быть, как минимум три контакта (используется катушка с отводом). Для уменьшения габаритов прибора решено было применить DB-9, похожий на разъем COM порта системного блока компьютера. В схеме предполагается использовать индикатор – микроамперметр на ток 50мкА. Такой прибор имеет значительные габариты. Значительно меньше микроамперметры, использующиеся для индикации уровня записи в старой аппаратуре магнитной записи звука. Для возможности применить такой индикатор, нужно в исходную схему прибора добавить усилительный каскад на низкочастотном транзисторе (схема б). Сам индикатор разбирал, заменил штатную шкалу на самодельную с нулем посередине.

Конденсатор переменной емкости применен с твердым диэлектриком, от импортного радиоприемника.
Изготовлена металлическая коробочка. Две половинки корпуса скрепляются четырьмя винтиками М4. На внутренних стенках припаяны гаечки. Оцинкованная сталь хорошо паяется обычным оловянно-свинцовым припоем с «паяльной кислотой» (хлористый цинк). Не забываем хорошо промыть места паек.

На конденсатор одевается ручка-шкала выточенная из кусочка органического стекла.

На заготовке чертится окружность нужного диаметра. Это можно сделать циркулем, разметочным циркулем (с двумя иглами). Также, для оргстекла, удобно для такой цели использовать штангенциркуль, нужный размер зафиксировать стопорным винтом и чертить острыми лапками для измерения отверстий.

Заготовка была выпилена обычным «пионерским» лобзиком. Края отшлифованы шлифовальной шкуркой, для этого заготовку зажимал в шуруповерте.

Изнутри на прозрачном диске сделаны две глубокие радиальные риски и заполнены краской. На кончиках просверлены маленькие отверстия для удобной разметки шкалы – в нужных местах отметки делают иглой или остро отточенным карандашом. Крепится на ось конденсатора его штатным крепежом от того же радиоприемника. Под подвижным прозрачным диском, на одной с ним оси, расположен неподвижный диск из ДВП закрепленный к корпусу. Диаметр чуть меньше прозрачного, чтобы подвижный диск удобно вращать большим пальцем, держа прибор в руке. Диск выпилен лобзиком и покрыт для прочности несколькими слоями лака. На него приклеена бумажная шкала.

Монтаж мелких элементов, на выводах установочных, выводы максимально короткие, особенно в ВЧ части. Батарея «Крона» расположена внутри корпуса прибора, подключается колодкой от такой же вышедшей из строя. Чтобы она не бултыхалась внутри корпуса на проводах, сделан некий «батарейный отсек» – С-образная деталь из той же кровельной стали. Припаян к снимаемой крышке. Напротив батареи кусочек поролончика, при сборе корпуса он поджимает батарею. На фото, первый вариант катушек.

При помощи гетеродина самодельного радиоприемника оснащенного частотометром, проградуирована шкала. Градуировку можно также осуществить при помощи частотометра, ВЧ генератора, генератора стандартных сигналов (ГСС), наконец, при помощи КВ радиоприемника с точной шкалой.

Прибор в сборе, с двумя сменными катушками, изготовленными из одноразовых шприцев с применением термоклея.

При необходимости измерений в диапазоне сотен килогерц – единиц мегагерц, конструкцию сменной катушки следует применить аналогичную магнитной антенне радиоприемника, на отрезке ферритового стержня.

Для измерения частоты резонанса параллельного колебательного контура, нужно включить питание ГИР, ручкой переменного резистора установить стрелку индикатора на ноль (середина шкалы) и максимально приблизив катушку ГИР предполагаемого диапазона к катушке исследуемого контура, медленно и плавно вращать лимб переменного конденсатора. При этом внимательно следим за стрелкой индикатора. Стрелка при изменении частоты ГИР, будет совершать небольшие колебания, но в момент резонанса, будет сильный провал. В этом месте, частота на шкале ГИР будет соответствовать частоте резонанса исследуемого колебательного контура.

При невозможности приблизить катушку ГИР к исследуемой, изготавливаем и применяем катушку связи. Несколько витков тонкого монтажного провода вокруг катушки ГИР, соединяются с несколькими же витками вокруг исследуемой катушки.

Резонанс — как источник энергии

В данной статье узнаем про резонанс — как источник энергии.

В средствах массовой информации с огромным «резонансом» говорят о РЕЗОНАНСЕ – как источнике энергии. Предлагаю разобраться с Вами, что такое электрический резонанс? Далеко ходить не будем, рассмотрим происходящие процессы в классическом LC резонансном контуре. Собственно других резонансных систем в электронике не существует. Прежде стоит отметить: бывают последовательный и параллельный колебательный (резонансный) контур. Процессы в обоих видах контуров протекают одинаково, отличие только в принципах питания.

Наиболее привлекателен, как источник энергии — параллельный колебательный контур, который все известные личности (в том числе Н. Тесла) использовали и используют в своих изобретениях и разработках. На его примере, проще рассматривать протекание тока питания и контурного тока.

Любой колебательный контур состоит из двух элементов — ёмкости С и индуктивности L. Общая ёмкость контура состоит из собственной ёмкости конденсатора входящего в состав контура, и паразитных емкостей подключенных к контуру цепей — ёмкости входной цепи, межвитковой ёмкости катушки индуктивности, ёмкости цепи нагрузки. Общая индуктивность контура состоит из собственной индуктивности катушки входящей в состав контура, и паразитных индуктивностей подключенных к контуру цепей — образуемых, как правило, длинами выводов конденсатора, транзистора, проводников цепи нагрузки. На частотах, до десятков мегагерц, паразитные ёмкости и паразитные индуктивности не значительно влияют на потери энергии резонансного контура, поэтому ими можно с достаточной уверенностью пренебречь, произведя подстройку частоты собственными элементами контура — катушкой индуктивности L , или конденсатором С.

Но колебательный контур обладает ещё одним параметром, оказывающим значительное влияние на потери энергии контуром — резистивным сопротивлением R , которое складывается из сопротивлений потерь в конденсаторе и катушке индуктивности, сопротивления выходного транзисторного каскада (в закрытом состоянии), и самое главное — сопротивления цепи нагрузки. Полная схема параллельного колебательного контура с резистивным сопротивлением изображена на рисунке, где C , L и R — суммарные значения ёмкостей, индуктивностей и резистивного сопротивления контура. Вообще, есть понятие – импеданс, но я не буду забивать вам голову этим понятием, а буду объяснять по простому.

Для того, чтобы понять, как C , L и R «работают» совместно, нам необходимо рассмотреть Амплитудно-частотную характеристику контура. Но сделаем мы это не на традиционном графике АЧХ, как упрощённо сделано в статье Колебательный контур. Резонанс. Изображённые ниже формулы и частотная характеристика, объясняют состояние и зависимость реактивных сопротивлений конденсатора X_C и катушки индуктивности X_L от частоты f.

На графике изображена линия зависимости реактивного сопротивления конденсатора X_C от частоты f , которая указывает, что на низких частотах реактивное сопротивление конденсатора максимально, а с повышением частоты уменьшается по экспоненте — конденсатор превращается в «проводник». Линия зависимости реактивного сопротивления катушки индуктивности X_L от частоты f , указывает, что катушка индуктивности ведёт себя наоборот, на низких частотах реактивное сопротивление катушки минимально — катушка индуктивности — «проводник», а с повышением частоты увеличивается, но не по экспоненте, а по прямой. Резистивное сопротивление контура R , никак от изменения частоты не зависит. Так как элементы контура соединены параллельно, то и складывать сопротивления конденсатора Х_C, катушки индуктивности Х_L и резистивное сопротивление контура R мы будем по формуле параллельного соединения резисторов, (подробнее в статье:Резистор).

По результирующему графику суммарного сопротивления резонансного контура мы видим, что имеется определённая частота, на которой значения сопротивления конденсатора Х_C и катушки индуктивности Х_L одинаковы, это и есть резонансная частота. Этот график фактически (но не совсем) является амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) контура.

Таким образом, можно сделать вывод, что элементы колебательного контура являются нагрузкой для электрического тока, могут поглощать подводимую энергию. Для подъёма АЧХ контура, необходимо увеличить общее сопротивление контура. Это можно сделать путём увеличения его составляющих — сопротивления конденсатора Х_C, катушки индуктивности Х_L и резистивного сопротивления контура R. Для повышения характеристики АЧХ и для того, чтобы частота не «уходила», необходимо одновременно увеличивая индуктивность катушки, уменьшать ёмкость конденсатора. Это следует из правила, согласно которому, на резонансной частоте величины Х_C = Х_L. Приведём формулу Томсона, получаемую из выражений зависимости Х_C и Х_L от частоты и подтверждающую это утверждение:

Из формулы Томсона следует, что на одной и той же частоте может работать множество контуров с разными величинами L и С, но с одинаковым произведением LС. Если же мы уменьшим сопротивление R , то и общее сопротивление колебательной системы так же снизится, что приведёт к потерям энергии.
Когда мы говорим о возможности получения энергии из колебательного контура, мы говорим об уменьшении сопротивления R , а это по известному закону Ома «не знаешь Ома, сиди дома», или I=U/R приводит к снижению амплитуды резонансных колебаний.

Отношение энергии, запасенной реактивными элементами контура, к энергии омических (резистивных) потерь за период, принято называть добротностью Q. Она то и зависит от вышеописанных физических величин:

Где, же дополнительная энергия резонансного контура? Всё вышеописанное ранее в этой статье, проводилось без учёта главного явления любого электрического резонансного контура – контурного тока.

Контурный ток

В связи с тем, что конденсатор и катушка индуктивности обладают реактивными свойствами, в колебательном контуре протекает контурный ток. Путь протекания этого тока проходит через конденсатор и катушку индуктивности. Направление этого тока меняется два раза за период колебаний. Этот процесс, наглядно изображён на примере простейшего транзисторного каскада на иллюстрации ниже:

Для упрощения, считаем, что транзистор работает без дополнительного смещения базы. Все переходные процессы протекания тока питания и контурного тока происходят в течение одного периода колебания, а в последующих периодах повторяются.

•Участок «0» временной характеристики, можно назвать первоначальным, когда процессы заряда и перезаряда ёмкости и индуктивности ещё не «устоялись», так как в начальный момент они разряжены. На этом этапе происходит заряд ёмкости от источника питания через открытый транзистор, при этом ток заряда сначала максимальный, а по окончании 1/4 периода падает до нуля. Ток в катушке индуктивности, обладающей инерционностью минимален. По окончании отрезка «0», контур переходит в резонансный «устоявшийся» режим.

•На участке «В» временной характеристики, когда конденсатор заряжен до напряжения источника питания, ток протекающий по пути «источник питания – катушка — открытый транзистор — источник питания» постепенно увеличивается. Когда в результате закрытия транзистора, напряжение на конденсаторе превысит потенциал, прикладываемый от источника тока, конденсатор начинает разряжаться через катушку индуктивности, к концу 1/2 периода разрядившись на неё полностью. Таким образом, в этот промежуток времени «В» через катушку индуктивности течёт два тока – ток источника питания и контурный ток разряда ёмкости.

•На участке «С» временной характеристики, когда переход транзистора закрыт, по причине инерционности катушки индуктивности происходит перезаряд конденсатора от катушки индуктивности. Катушка индуктивности полностью разряжается, а конденсатор оказывается заряженным противоположным потенциалом. Ток источника питания в этот момент «С» через элементы контура не течёт.

•На участке «D» временной характеристики, когда переход транзистора закрыт, происходит обратный разряд конденсатора на катушку индуктивности. Конденсатор полностью разряжается, а индуктивность наоборот, оказывается заряженной потенциалом противоположным источнику питания. Ток источника питания в этот момент «D» через элементы контура, по-прежнему, не течёт.

•На участке «А» временной характеристики, происходит заряд конденсатора от катушки индуктивности, а при разряде катушки до значения меньше напряжения источника питания подаваемого через открытый транзистор, конденсатор заряжается от источника питания. При этом ток заряда конденсатора сначала максимальный, а по окончании периода сигнала падает до нуля. Ток в катушке индуктивности, сначала — максимальный, а в конце временного интервала «А» становится равным нулю. В промежуток времени «А» через конденсатор течёт два тока – ток источника питания и контурный ток разряда ёмкости.

Процесс работы резонансного контура циклически повторяется по схеме: А – В – С – D – А.

Таким образом, в резонансном контуре ровно половину периода гармонического сигнала на участках А и В происходит сложение двух токов – тока источника питания и контурного тока, что в свою очередь с каждым периодом (процесса перезаряда) повышает энергию контура. Повышение энергии резонансного контура происходит только за счёт источника питания. Сколько в резонансный контур попадает энергии, столько энергии и тратится на нагрузку и потери в элементах схемы.

Почему то бытует мнение, что из электрического резонанса возможно получение «дополнительной», или «свободной» энергии, что для этого в контуре достаточно поддерживать резонанс. Выше описанные процессы, происходящие в электрическом резонансном контуре, полностью это опровергают, доказывая черезпериодное накопление энергии.

В интернете была статья, про то, что на каком-то заводе, какой-то электрик начитался статей про резонанс, и доработав понижающие трансформаторы на заводе снизил потребление энергии заводом на целый порядок.

Для учёта расхода энергии бывают счётчики активной энергии, которые стоят у нас в домах, и счётчики реактивной энергии, которые устанавливают на заводах. В чём разница? На предприятиях, как правило, имеется большое количество оборудования и станков, работающих на трёхфазных двигателях. Двигатель – это индуктивность, а наличие мощного двигателя подразумевает огромные токи. Для равномерности нагрузки мощных двигателей на трёхфазную сеть в каждый временной момент трёхфазного напряжения, в цепи питания устанавливают конденсаторы, которые совместно с обмотками двигателя образуют колебательные контура. Действие этих конденсаторов такое же, как было описано на участках А и В – во время действия сразу двух токов – тока источника питания и контурного тока. Счётчики активной энергии построены так, что заранее накопленная у потребителя энергия вносит ошибку в измерение. Как правило, это связано с «неправильным» подмагничиванием «токовой катушки». Счётчики активной энергии показывают энергию, расходованную двигателями, использующими «блоки конденсаторов», где то на одну треть меньше реально расходованной энергии. А вот счётчики реактивной энергии отлично с этим справляются. Этот «горе-электрик» не мог сделать никакой резонанс, хотя бы потому, что нагрузка потребителей на заводе в разгар дня – стабильна, а утром, в обед и вечером — величина не постоянная и скачет в широких пределах. Как было описано в этой статье, сопротивление нагрузки сильно влияет на выходную амплитуду резонансного контура. Стоило, кому ни будь на заводе, перед обеденным перерывом выключить мощный станок, то напряжение подскочило — бы и сожгло пару других станков, которые ещё не успели выключить другие рабочие. Я предполагаю, что он «химичил» со счётчиками, за что и был уволен.

В заключении статьи, хочу добавить для тех посетителей сайта, кто плохо учился в школе и поэтому в силу своего невежества искренне верит волшебникам:

Закон сохранения энергии никто не отменял! Вечного двигателя основанного на резонансе не бывает, и не может быть! При работе колебательного контура, происходит черезпериодное накопление энергии источника тока, поэтому в результате накопления, в определённый момент времени энергия контура может превышать подводимую к нему энергию. Энергия из «пустоты» не может появиться. «Свободная энергия» — это миф, порождённый малограмотными людьми, для людей себе подобных. Энергия присутствует во всём, что нас окружает, её только нужно правильно извлечь. Это различные химические соединения и элементы, природные явления, но не «Чудо», подобное тому, которое приписывают Тесле! И чем глупее сам «приписчик», тем «чуднее» в его голове выглядит этот выдающийся учёный. В помощь к получению энергии можно привлечь и электрический резонанс, но как вспомогательное явление, помогающее влиять на изменения свойств материалов. Не забивайте себе голову антинаучными идеями! Все, ныне существующие физические законы, никто в ближайшее время не опровергал, их только дополняли и корректировали, что с развитием техники было и всегда будет. Меньше обращайте внимание на малограмотные высказывания людей завлекающих к себе выдуманной сенсацией. Не верьте во всю чепуху, а сначала проводите анализ того, что написано в различных статьях, и что Вам излагают различные средства массовой информации.

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

Инструкция для желающих потрогать ферро-резонанс “своими руками”

Резонансный усилитель мощности тока промышленной частоты

Резонансный усилитель мощности тока промышленной частоты – это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для усиления мощности тока промышленной частоты 50 Гц.

Резонанс (франц. resonance, от лат. resono – звучу в ответ, откликаюсь), относительно большой (селективный) отклик колебательной системы (осциллятора) на периодич. воздействие с частотой, близкой к частоте ее собств. колебаний. При Р. происходит резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний осциллятора.

• Физический энциклопедический словарь/ Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч- Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Сов. энциклопедия, 1983. – 928 с., ил., 2 л. цв. ил.

Резонанс играет очень большую роль в самых разнообразных явлениях, причем в одних полезную, в других вредную.

В 1906 г. в Петербурге обрушился Египетский мост через реку Фонтанку.

Причина – резонансные явления, вызванные переходом через мост кавалерийского эскадрона. Шаг лошадей, обученных церемониальному маршу, попал в резонанс с периодом моста. Таких примеров из истории техники можно привести много. Резонанс в этих случаях вредное явление и для устранения его принимаются специальные меры (расстройка периодов, увеличение затухания – демпфирование и др.).

В радиотехнике резонанс используется, в основном, как полезное явление.

Явление электрического резонанса позволяет настраивать передатчики и приемники на заданные частоты и обеспечить их работу без взаимных помех. Вообще применения резонансных явлений в электро-радиотехнике неисчислимы. Однако законы сохранения накладывают запреты на применение резонанса для получения Свободной энергии, а у сторонников получения ее сложились устойчивые стереотипы относительно параметрического резонансного усиления. Поэтому не все еще применения явления резонанса реализованы на практике.

В настоящее время очень много копий сломано при рассмотрении темы «Резонанс Мельниченко». Есть даже категория людей, которые объявляют его шарлатаном.

Мельниченко скрывает секрет своих изобретений, несмотря на полученные патенты. Но секрет Мельниченко – это «Секрет Полишинеля».

Попробуем доказать это. Возьмем всем известную книгу «Элементарный учебник физики под ред. акад. Г.С. Лансберга Том III Колебания, волны. Оптика. Строение атома. – М.: 1975г., 640 с. с илл.» откроем ее на страницах 81 и 82 где приведено описание экспериментальной установки для получения резонанса на частоту городского тока

В приведенном примере ясно показывается, как можно на индуктивности и емкости получить напряжения в десятки раз большие, чем напряжение источника питания. Если не принимать специальных мер, то мощность, развиваемая резонансом, разрушит элементы установки.

В рассматриваемом резонансном усилителе тока промышленной частоты используется явление электрического резонанса в последовательном колебательном контуре. Эффект усиления мощности переменного тока в последовательном резонансном контуре достигается за счет того, что входное сопротивление контура при последовательном резонансе является чисто активным, а напряжение на реактивных элементах контура превышает входное напряжение на величину равную добротности контура. Для поддержания незатухающих колебаний последовательного контура в резонансе требуется компенсировать только тепловые потери на активных сопротивлениях индуктивности контура и внутреннем сопротивлении источника входного напряжения.

Структурная схема и состав резонансного усилителя приведена на Рис. 1.

Индуктивность резонансного контура выполнена в виде соединенных последовательно и согласованно первичной обмотки силового трансформатора и обмоток двух управляемых магнитных реакторов. В качестве емкости резонансного контура следует применять неполярный конденсатор с рабочим напряжением не менее чем удвоенное напряжение при резонансе. Управляющие обмотки магнитных реакторов включаются встречно, чтобы э.д.с., индуцированные в них, были направлены навстречу друг другу и взаимно компенсировались. Важно, чтобы характеристики магнитных реакторов были идентичными. Магнитные реакторы включаются в схему резонансного усилителя с целью компенсации расстройки последовательного контура при изменении нагрузки.

На Рис. 2 приведена эквивалентная схема трансформатора при холостом ходе.

Вектор тока холостого хода I0 представляется в виде геометрической суммы двух составляющих Ih, характеризующей потери на вихревые токи и Iµ, характеризующей потери на гистерезис. В режиме холостого хода трансформатор работает как обычная индуктивность с потерями.

На Рис. 3 приведена эквивалентная схема трансформатора при нагрузке.

При анализе эквивалентной схемы трансформатора при нагрузке видно, что последовательно с полным входным сопротивлением первичной обмотки включены две параллельные ветви, одна из которых содержит сопротивление Z0, а другая два последовательно включенных сопротивления Z’2 и Z’н.

Эквивалентное комплексное сопротивление Z’н можно записать в следующем виде

Z’э = Z’1 + Z’0(Z’2 + Z’н)/( Z’0 + Z’2 + Z’н).

Из эквивалентной схемы видно, что последовательно включенные комплексные сопротивления Z’2 и Z’н. (в геометрическом смысле) имеют отрицательное значение, и в зависимости от характера нагрузки их общее сопротивление может быть как емкостным, так и индуктивным. Эти сопротивления, если образно выразится, «зеркально отражаются во входную цепь, масштабированные через коэффициент трансформации».

В резонансном усилителе тока промышленной частоты нагруженный трансформатор вносит расстройку в последовательный колебательный контур и уменьшает его добротность.

В трансгенераторе, например, расстройка за счет нагрузки легко компенсируется изменением питающей частоты. В резонансном усилителе сделать это невозможно т.к. частота задается питающей сетью, поэтому в нем компенсация расстройки осуществляется введением обратной связи с помощью управляемых магнитных реакторов. В цепи обратной связи осуществляется анализ и геометрическое суммирование составляющих токов вторичной обмотки и нагрузки, формирование и регулирование управляющего тока.

В состав цепи обратной связи входят: часть вторичной обмотки силового трансформатора; трансформатор тока; выпрямитель и реостат уставки рабочей точки магнитных реакторов.

Эквивалентная схема резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты при нагрузке приведена на Рис. 4.

Два магнитных реактора с объединенными обмотками управления – это известный и широко применяемый магнитный усилитель (магнитный усилитель в этой конструкции не усиливает, а работает как управляемая индуктивность и вносит дополнительные потери на нагрев активных сопротивлений своих обмоток). В зависимости от условий работы и характера нагрузки ему можно задавать различные режимы компенсации путем введения дополнительных обмоток внутренней обратной связи и смещения.

Коэффициент усиления, резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты, сильно зависит от нагрузки, однако правильно спроектированный усилитель всегда имеет эффективность значительно больше единицы.

Математический аппарат для проектирования резонансного усилителя мощности промышленной частоты давно разработан и содержится в курсе электротехники, а также в большом количестве пособий и методических рекомендаций по проектированию трансформаторов и магнитных усилителей. Алгоритм расчета строится из анализа структурной схемы и затруднений не вызывает, важно только правильно оценить режим работы от характера нагрузки.

В качестве недостатка рассмотренной конструкции можно отметить повышенные габариты и вес. В число достоинств можно включить отсутствие активных элементов в схеме, значительно повышающее надежность конструкции.

Для работы на неизменную нагрузку можно применять упрощенные схемы резонансных усилителей. Структурная схема упрощенного резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты представлена на Рис. 5.

Простейший резонансный усилитель состоит всего из четырех элементов.

Назначение элементов такое же, как в ранее рассмотренном усилителе. Отличие только в том, что в простейшем резонансном усилителе производится ручная настройка в резонанс для конкретной нагрузки.

Рассчитать простейший усилитель можно по следующему упрощенному алгоритму:

1. Включить силовой трансформатор в сеть и измерить при заданной нагрузке потребляемый им ток.

2. Измерить активное сопротивление первичной обмотки силового трансформатора.

3. Рассчитать комплексное сопротивление трансформатора под нагрузкой.

4. Рассчитать индуктивное сопротивление трансформатора под нагрузкой.

5. Выбрать величину индуктивного сопротивления регулируемого магнитного

реактора равную примерно 20% от индуктивного сопротивления силового трансформатора.

6. Изготовить регулируемый магнитный реактор, с отводами начиная со средины обмотки до ее конца (чем чаще будут сделаны отводы, тем точнее будет настройка в резонанс).

7. По условию равенства индуктивного и емкостного сопротивлений при резонансе рассчитать значение емкости, которую необходимо включить последовательно с трансформатором и регулируемым магнитным реактором для получения последовательного резонансного контура.

8. Из условия резонанса, перемножить измеренный потребляемый нагруженным трансформатором ток на сумму активных сопротивлений первичной обмотки и реактора и получить ориентировочное значение напряжения, которое необходимо подать на последовательный контур.

9. Взять трансформатор, обеспечивающий на выходе, найденное по п.8 напряжение и измеренный по п.1 потребляемый ток (на период настройки усилителя удобней всего использовать ЛАТР).

10. Запитать от сети через трансформатор по п.9 входной резонансный контур – (последовательно соединенные конденсатор, первичную обмотку нагруженного силового трансформатора и реактор).

11. Изменяя индуктивность реактора путем переключения отводов настроить первичную цепь в резонанс при пониженном входном напряжении (для более точной настройки можно в небольших пределах изменять емкость конденсатора, подключая параллельно основному, конденсаторы небольшой емкости).

12. Изменяя входное напряжение установить значение напряжения на первичной обмотке силового трансформатора 220 В.

13. Отключить ЛАТР и включить стационарный понижающий трансформатор с таким же напряжением.

Широкое применение резонансных усилителей тока промышленной частоты может существенно снизить нагрузку на распределительные электросети и снизить капитальные затраты на ввод новых электрических мощностей.

Область применения резонансных усилителей мощности тока промышленной частоты – стационарные и судовые электроустановки. Для мобильных объектов целесообразно применять трансгенераторы на повышенных частотах с последующим преобразованием переменного тока в постоянный.

При совпадении этих частот амплитуда становится наибольшей, получается электрический резонанс : ток в контуре и напряженке на его конденсаторе могут очень сильно превышать те, которые получаются при отстройке, т. е. вдали от резонанса. Резонансные явления выражены тем сильнее и резче, чем меньше сопротивление контура, которое, таким образом, и здесь играет такую же роль, как трение в механической системе.

Все эти явления легко наблюдать, использовав для получения гармонической э. д. с. городской переменный ток и построив колебательный контур, собственную частоту которого можно менять в обе стороны от частоты тока (50 гц). Чтобы избежать при этом высоких резонансных напряжений в контуре, которые (при напряжении в городской сети в 110 или 220 в) могут достичь нескольких киловольт, мы воспользуемся понижающим трансформатором.

На рис. 53 показано расположение приборов и электрическая схема опыта (обозначения ira рисунке и на схеме одинаковые). Здесь Т — понижающий трансформатор, С — конденсатор, L₁ и L₂ — дроссели (катушки самоиндукции с железными сердечниками), которые нужны для получения требуемой большой индуктивности. Индуктивность составлена из двух отдельных катушек для удобства настройки контура. Настройка осуществляется тем, что у одного из дросселей (U) сердечник имеет воздушный зазор, ширину которого можно плавно менять в пределах 2—4 мм, меняя тем самым величину общей индуктивности. Чем шире зазор, тем меньше индуктивность. В подписи к рис. 53 указаны примерные значения всех величин. Напряжение на конденсаторе измеряется вольтметром переменного тока V , а амперметр переменного тока А позволяет следить за током в контуре.

Опыт показывает следующее: при малой индуктивности контура напряжение на конденсаторе составляет немногим более, чем наводимая в контуре э. д. с., т. е. несколько

вольт. Увеличивая индуктивность, мы увидим, что напряжение растет; это нарастание становится все более и более резким по мере приближения к резонансному значению индуктивности. При тех числовых данных, которые указаны под рис. 53, напряжение поднимается выше 60 в. При дальнейшем увеличении индуктивности напряжение вновь падает. Ток в контуре изменяется пропорционально напряжению нa конденсаторе и при резонансе может дойти до 20 ма.

Рис. 53. Получение электрического резонанса ка частоту городского

Т — понижающий трансформатор, например со 120 до 6 В, C — конденсатор с емкостью 1,2 мкф; L₁ — Дроссель с индуктивностью 7,5 Гн (сопротивление обмотки около 80 ом ): L₂ — такой же дроссель, но с переменным воздушным зазором в сердечнике. Общая индуктивность контура при некоторой средней ширине зазора (2—3 мм) должна составлять 8,3 Гн, а изменение зазора должно менять индуктивностъ на 15—20% в обе стороны от указанного (резонансного) значении: V — вольтметр (на 120 В) и А — амперметр (на 30 ма) переменного тока.

Этот опыт соответствует механическому опыту с грузом на пружине, который был описан в § 12. Там нам было удобней менять частоту действующей силы, здесь же мы проходим через резонансную настройку, меняя собственную частоту колебательной системы — нашего контура. Сущность явления резонанса от этого не меняется.

Генератор свободной энергии: схемы, инструкции, описание

Универсальное применение электроэнергии во всех сферах человеческой деятельности сопряжено с поисками бесплатного электричества. Из-за чего новой вехой в развитии электротехники стала попытка создать генератор свободной энергии, который позволили бы значительно удешевить или свести к нулю затраты на получение электроэнергии. Наиболее перспективным источником для реализации этой задачи является свободная энергия.

Что представляет собой свободная энергия?

Термин свободной энергии возник во времена широкомасштабного внедрения и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, когда проблема получения электрического тока напрямую зависела от затрачиваемых для этого угля, древесины или нефтепродуктов. Поэтому под свободной энергией понимается такая сила, для добычи которой нет необходимости сжигать топливо и, соответственно, расходовать какие-либо ресурсы.

Первые попытки научного обоснования возможности получения бесплатной энергии были заложены Гельмгольцем, Гиббсом и Теслой. Первый из них разработал теорию создания системы, в которой вырабатываемая электроэнергия должна быть равной или больше затрачиваемой для начального пуска, то есть получения вечного двигателя. Гиббс высказал возможность получения энергии при протекании химической реакции настолько длительной, чтобы этого хватало для полноценного электроснабжения. Тесла наблюдал энергию во всех природных явлениях и высказал теорию о наличии эфира – субстанции, пронизывающей все вокруг нас.

Сегодня вы можете наблюдать реализацию этих принципов для получения свободной энергетики в бестопливных генераторах. Некоторые из них давно встали на службу человечеству и помогают получать альтернативную энергетику из ветра, солнца, рек, приливов и отливов. Это те же солнечные батареи, ветрогенераторы, гидроэлектростанции, которые помогли обуздать силы природы, находящиеся в свободном доступе. Но наряду с уже обоснованными и воплощенными в жизнь генераторами свободной энергии существуют концепции бестопливных двигателей, которые пытаются обойти закон сохранения энергии.

Проблема сохранения энергии

Главный камень преткновения в получении бесплатного электричества – закон сохранения энергии. Из-за наличия электрического сопротивления в самом генераторе, соединительных проводах и в других элементах электрической сети, согласно законов физики, происходит потеря выходной мощности. Энергия расходуется и для ее пополнения требуется постоянная подпитка извне или система генерации должна создавать такой избыток электрической энергии, чтобы ее хватало и для питания нагрузки, и для поддержания работы генератора. С математической точки зрения генератор свободной энергии должен иметь КПД более 1, что не укладывается в рамки стандартных физических явлений.

Схема и конструкция генератора Теслы

Никола Тесла стал открывателем физических явлений и создал на их основе многие электрические приборы, к примеру, трансформаторы Тесла, которые используются человечеством, и по сей день. За всю историю своей деятельности он запатентовал тысячи изобретений, среди которых есть не один генератор свободной энергии.

Рис. 1: Генератор свободной энергии Тесла

Посмотрите на рисунок 1, здесь приведен принцип получения электроэнергии при помощи генератора свободной энергии, собранного из катушек Тесла. Это устройство предполагает получение энергии из эфира, для чего катушки, входящие в его состав настраиваются на резонансную частоту. Для получения энергии из окружающего пространства в данной системе необходимо соблюдать следующие геометрические соотношения:

• диаметр намотки;
• сечения провода для каждой из обмоток;
• расстояние между катушками.

Сегодня известны различные варианты применения катушек Тесла в конструкции других генераторов свободной энергии. Правда, каких-либо значимых результатов их применения добиться, еще не удалось. Хотя некоторые изобретатели утверждают обратное, и держат результат своих разработок в строжайшей тайне, демонстрируя лишь конечный эффект работы генератора. Помимо этой модели известны и другие изобретения Николы Теслы, которые являются генераторами свободной энергии.

Генератор свободной энергии на магнитах

Эффект взаимодействия магнитного поля и катушки широко применяется в магнитных двигателях. А в генераторе свободной энергии этот принцип применяется не для вращения намагниченного вала за счет подачи электрических импульсов на обмотки, а для подачи магнитного поля в электрическую катушку.

Толчком к развитию данного направления стал эффект, полученный при подаче напряжения на электромагнит (катушку намотанную на магнитопровод). При этом находящийся поблизости постоянный магнит притягивается к концам магнитопровода и остается притянутым даже после отключения питания от катушки. Постоянный магнит создает в сердечнике постоянный поток магнитного поля, которое будет удерживать конструкцию до тех пор, пока ее не оторвут физическим воздействием. Этот эффект был применен в создании схемы генератора свободной энергии на постоянных магнитах.

Рис. 2. Принцип действия генератора на магнитах

Посмотрите на рисунок 2, для создания такого генератора свободной энергии и питания от него нагрузки необходимо сформировать систему электромагнитного взаимодействия, которая состоит из:

• пусковой катушки (I);
• запирающей катушки (IV);
• питающей катушки (II);
• поддерживающей катушки (III).

Также в схему входит управляющий транзистор VT, конденсатор C, диоды VD, ограничительный резистор R и нагрузка Z­_H.

Данный генератор свободной энергии включается посредством нажатия кнопки «Пуск», после чего управляющий импульс подается через VD6 и R6 на базу транзистора VT1. При поступлении управляющего импульса транзистор открывается и замыкает цепь протекания тока через пусковые катушки I. После чего электрический ток протечет по катушкам I и возбудит магнитопровод, который притянет постоянный магнит. По замкнутому контуру магнитосердечника и постоянного магнита будут протекать силовые линии магнитного поля.

От протекающего магнитного потока в катушках II, III, IV наводится ЭДС. Электрический потенциал от IV катушки подается на базу транзистора VT1, создавая управленческий сигнал. ЭДС в катушке III предназначена для поддержания магнитного потока в магнитопроводах. ЭДС в катушке II обеспечивает электроснабжение нагрузки.

Камнем преткновения в практической реализации такого генератора свободной энергии является создание переменного магнитного потока. Для этого в схеме рекомендуется установить два контура с постоянными магнитами, в которых силовые линии имеют встречное направление.

Кроме вышеприведенного генератора свободной энергии на магнитах сегодня существует ряд схожих устройств конструкции Серла, Адамса и других разработчиков, в основе генерации которых лежит использование постоянного магнитного поля.

Последователи Николы Теслы и их генераторы

Посеянные Теслой семена невероятных изобретений породили в умах соискателей неутолимую жажду воплотить в реальность фантастические идеи создания вечного двигателя и отправить механические генераторы на пыльную полку истории. Наиболее известные изобретатели использовали принципы изложенные Николой Тесла в своих устройствах. Рассмотрим наиболее популярные из них.

Лестер Хендершот

Хендершот развивал теорию о возможности использования магнитного поля Земли для генерации электроэнергии. Первые модели Лестер представил еще в 1930-х годах, но они так и не были востребованы его современниками. Конструктивно генератор Хендершота состоит из двух катушек со встречной намоткой, двух трансформаторов, конденсаторов и подвижного соленоида.

Рис. 3: общий вид генератора Хендершота

Работа такого генератора свободной энергии возможна только при его строгой ориентации с севера на юг, поэтому для настройки работы обязательно используется компас. Намотка катушек выполняется на деревянных основаниях с разнонаправленной намоткой, чтобы снизить эффект взаимной индукции (при наведении в них ЭДС, в обратную сторону ЭДС наводится не будет). Помимо этого катушки должны настраиваться резонансным контуром.

Джон Бедини

Свой генератор свободной энергии Бедини представил в 1984 году, особенностью запатентованного устройства был энерджайзер – устройство с постоянным вращающимся моментом, которое не теряет оборотов. Такой эффект был достигнут за счет установки на диск нескольких постоянных магнитов, которые при взаимодействии с электромагнитной катушкой создают в ней импульсы и отталкиваются от ферромагнитного основания. Благодаря чему генератор свободной энергии получал эффект самозапитки.

Более поздние генераторы Бедини стали известны за счет одного школьного эксперимента. Модель оказалась значительно проще и не представляла собой чего-то грандиозного, но она смогла выполнять функции генератора свободного электричества порядка 9 дней без помощи извне.

Рис. 4: принципиальная схема генератора Бедини

Посмотрите на рисунок 4, здесь приведена принципиальная схема генератора свободной энергии того самого школьного проекта. В ней используются следующие элементы:

• вращающийся диск с несколькими постоянными магнитами (энерджайзер);
• катушка с ферромагнитным основанием и двумя обмотками;
• аккумулятор (в данном примере он был заменен на батарейку 9В);
• блок управления из транзистора (Т), резистора (Р) и диода (Д);
• токосъем организован с дополнительной катушки, питающей светодиод, но можно производить питание и от цепи аккумулятора.

С началом вращения постоянные магниты создают магнитное возбуждение в сердечнике катушки, которое наводит ЭДС в обмотках выходных катушек. За счет направления витков в пусковой обмотке ток начинает протекать, как показано на рисунке ниже через пусковую обмотку, резистор и диод.

Рис. 5: начало работы генератора Бедини

Когда магнит находится непосредственно над соленоидом, сердечник насыщается и запасенной энергии становится достаточно для открытия транзистора Т. При открытии транзистора, ток начинает протекать и в рабочей обмотке, осуществляющей подзаряд аккумулятора.

Рисунок 6: запуск обмотки подзаряда

Энергии на этом этапе становится достаточно для намагничивания ферромагнитного сердечника от рабочей обмотки, и он получает одноименный полюс с находящимся над ним магнитом. Благодаря магнитному полюсу в сердечнике, магнит на вращающемся колесе отталкивается от этого полюса и ускоряет дальнейшее движение энерджайзера. С ускорением движения импульсы в обмотках возникают все чаще, и светодиод с мигающего режима переходит в режим постоянного свечения.

Увы, такой генератор свободной энергии не является вечным двигателем, на практике он позволил системе работать в десятки раз дольше, чем она смогла бы функционировать на одной батарейке, но со временем все равно останавливается.

Тариель Капанадзе

Капанадзе разрабатывал модель своего генератора свободной энергии в 80 — 90-х годах прошлого века. Механическое устройство основывалось на работе усовершенствованной катушки Тесла, как утверждал сам автор, компактный генератор мог питать потребители мощностью в 5 кВт. В 2000-х генератор Капанадзе промышленных масштабов на 100 кВт попытались построить в Турции, по техническим характеристикам ему для пуска и работы требовалось всего 2 кВт.

Рис. 7: принципиальная схема генератора Капанадзе

На рисунке выше приведена принципиальная схема генератора свободной энергии, но основные параметры схемы остаются коммерческой тайной.

Практические схемы генераторов свободной энергии

Несмотря на большое количество существующих схем генераторов свободной энергии совсем немногие из них могут похвастаться реальными результатами, которые можно было бы проверить и повторить в домашних условиях.

Рис. 8: рабочая схема генератора Тесла

На рисунке 8 выше приведена схема генератора свободной энергии, которую вы можете повторить в домашних условиях. Этот принцип был изложен Николой Тесла, для его работы используется металлическая пластина, изолированная от земли и расположенная на какой-либо возвышенности. Пластина является приемником электромагнитных колебаний в атмосфере, сюда входит достаточно широкий спектр излучений (солнечных, радиомагнитных волн, статического электричества от движения воздушных масс и т.д.)

Приемник подключается к одной из обкладок конденсатора, а вторая обкладка заземляется, что и создает требуемую разность потенциалов. Единственным камнем преткновения к его промышленной реализации является необходимость изолировать на возвышенности пластину большой площади для питания хотя бы частного дома.

Современный взгляд и новые разработки

Несмотря на повсеместную заинтересованность созданием генератора свободной энергии, вытеснить с рынка классический способ получения электроэнергии они еще не могут. Разработчикам прошлого, выдвигавшим смелые теории по поводу значительного удешевления электроэнергии, не хватало технического совершенства оборудования или параметры элементов не могли обеспечить надлежащего эффекта. А благодаря научно-техническому прогрессу человечество получает все новые и новые изобретения, которые делают уже осязаемым воплощение генератора свободной энергии. Следует отметить, что сегодня уже получены и активно эксплуатируются генераторы свободной энергии, работающие на силе солнце и ветра.

Но, в то же время, в интернете вы можете встретить предложения о приобретении таких устройств, хотя в большинстве своем это пустышки, созданные с целью обмануть неосведомленного человека. А небольшой процент реально работающих генераторов свободной энергии, будь то на резонансных трансформаторах, катушках или постоянных магнитах, может справляться лишь с питанием маломощных потребителей, обеспечить электроэнергией, к примеру, частный дом или освещение во дворе они не могут. Генераторы свободной энергии – перспективное направление, но их практическая реализация все еще не воплощена в жизнь.

Феррорезонансные явления в электрических сетях

Причиной возникновения феррорезонансных процессов в электрических сетях является наличие индуктивных и емкостных элементов, которые в процессе переключений могут создавать колебательные контуры. Ярко выраженным индуктивным характером обладают силовые трансформаторы, шунтирующие реакторы, трансформаторы напряжения, линейные вольтодобавочные трансформаторы и другое оборудование с массивной обмоткой.

Значительной емкостью в электрических сетях обладают разветвленные высоковольтные линии электропередач, ошиновка подстанций, конденсаторы шунтирующие разрывы высоковольтных выключателей.

В электрических сетях существует два вида этих явлений, это: резонанс токов и напряжений. Они могут возникнуть в системе с параллельным соединением индуктивного и емкостного элемента. Резонанс напряжений возникает в системах с последовательным соединением реактивных элементов.

Переходные процессы в электрических сетях носят сложный характер, при плановых или аварийных отключениях создается множество LC-цепочек, поэтому и резонансные явления имеют смешанный характер.

Феррорезонанс подразумевает наличие индуктивности, имеющей нелинейную вольт-амперную характеристику. Такой характеристикой обладают катушки индуктивности с сердечником из ферромагнитных материалов. Трансформаторы напряжения серии НКФ, широко применяемые на подстанциях и в наши дни, сильно подвержены резонансным явлениям.

Это объясняется небольшой величиной омического и индуктивного сопротивления, по сравнению с силовыми трансформаторами или реакторами. Трансформаторы напряжения выполняют функцию преобразования первичного напряжения до уровней пригодных к использованию приборами учета и УРЗА, а следовательно и подключаются к линиям, системам сборных шин, шинных мостов трансформаторов.

При этом создаются последовательно соединенные LC-цепочки, которые и представляют собой резонансный контур. При последовательном соединении индуктивного элемента, с нелинейной вольтамперной характеристикой и емкостного элемента, напряжение, приложенное к участку этой цепи носит активно-индуктивный характер.

Это объясняется тем, что напряжение в индуктивных элементах опережает ток, на электрический угол 90º, а в емкостных отстает от тока на те же 90º. С течением времени, магнитопровод насыщается и напряжение на индуктивности достигает своего конечного значения, в то время как напряжение на емкостном элементе продолжает увеличиваться.

Момент времени, когда напряжение на емкостном элементе равно напряжению на индуктивности, при их последовательном соединении, называется резонансом напряжений. При дальнейшем плавном увеличении напряжения, приложенного к контуру, характер общего напряжения изменяется на активно-емкостный.

При феррорезонансных явлениях, изменение тока, протекающего в контуре происходит скачкообразно, вместе с током значительно увеличиваются и напряжения приложенные к индуктивному и емкостному элементу.

Резкое изменение характера приложенного напряжения с активно – индуктивного на активно – емкостный называется «опрокидыванием фазы». На основе феррорезонанасных свойств LC-цепочек создают специальные электронные приборы. Однако, если такие процессы происходят незапланировано, то они могут представлять опасность для электрооборудования.

Резонанс токов имеет те же последствия, что и резонанс напряжений, только происходит он в цепях с параллельным соединением LC-цепочек. Резонанс в этом случае наступает при совпадении токов на реактивных элементах контура.

В процессе переключений на подстанциях напряжением 220 кВ и выше могут образовываться последовательные и последовательно – параллельные цепочки LC-элементов. Например, при выводе в ремонт СШ-220 кВ, после отключения выключателей серии ВМТ-220, создаются условия для возникновения феррорезонансных явлений.

Контактная система выключателя ВМТ зашунтирована конденсаторами, после отключения главных контактов, на системе остается напряжение, обусловленное электрическим полем шунтирующих конденсаторов. Ошиновка имеет небольшое омическое сопротивление, к шинам также остается подключенным трансформатор напряжения.

Процесс может и не возникнуть; все зависит от соотношения величин всех элементов, участвующих в контуре. Однако при возникновении резонанса, напряжение на шинах повышается до 300 кВ, а ток скачком поднимается до величин, при которых происходит тепловое разрушение обмоток.

Во избежании появления процесса, в программах и бланках переключений предусматривают определенную последовательность операций, при которой эти процессы расстраиваются. Помимо оперативных мер, препятствующих возникновению феррорезонансных явлений, к системам шин дополнительно могут быть подключены элементы, сопротивление которых препятствует возникновению этого явления.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения: достоинства и недостатки

Феррорезонансный стабилизатор напряжения уже давно активно применяется не только в быту, но и в промышленности. Устройства этого класса позволяют выровнять напряжение переменного типа. В основе принципа функционирования заключается эффект электромагнитного резонанса в колебательном контуре. Такие нормализаторы обладают массой достоинств, но также имеют и свои недостатки.

Феррорезонансные явления в электрических сетях

Основные факторы, которые порождают феррорезонансные явления в электрических сетях – это элементы ёмкостного и индуктивного типа. Они способны формировать колебательные контуры в периоды переключения. Этот эффект особо заметен в трансформаторах силового типа, линейного вольтодобавочного, шунтирующих контурах и в аналогичных устройствах, которые оборудуются массивной обмоткой.

Данное явление бывает 2 типов: резонанс токов и напряжения.

Феррорезонанс напряжений возможен, когда в сети имеется индуктивность, характеризующаяся нелинейным вольт-амперным свойством. Данная характеристика свойственна катушкам индуктивности, где сердечники производятся из ферромагнитных компонентов. Особенно это касается выпрямителей линейки НКФ. Такое негативное явление обуславливается небольшим показателем сопротивлений омического и индуктивного типов по отношению к силовым трансформаторам.

Феррорезонанс в трансформаторе напряжения

Когда трансформатор напряжения подключается к сети, в ней формируются последовательно совмещённые LC-цепи, являющие собой контур резонансного типа. При последовательном подключении индуктивного элемента с нелинейным вольт-амперным свойством к элементу ёмкостного типа напряжение в этой зоне цепи характеризуется как активно-индуктивное.

По окончании определённого временного периода значение напряжения на индуктивном элементе становится пиковым, магнитопровод питается, а напряжение на компоненте ёмкостного типа продолжает расти. Феррорезонанс в трансформаторе напряжения наступает, когда напряжение индуктивности и ёмкостного элемента становится равнозначным.

Быстрый переход приложенного напряжения из активно-индуктивного типа в активно-ёмкостной именуется как “опрокидывание фазы”. Такой эффект опасен для электроприборов.

Феррорезонансные стабилизаторы

Феррорезонансные выпрямители не оборудуются встроенным вольтметром, вследствие чего сложно замерять выходной показатель напряжения сети. Отрегулировать величину напряжения собственноручно не получится. Стабилизаторы феррорезонансного типа частично искажают реальные показания, величина погрешности составляет до 12%.

Тем, кто долго пользуется такими устройствами, необходимо помнить, что они способны излучать магнитное поле, которое может нарушить правильное функционирование бытовой электротехники. Стабилизаторы такого класса настраиваются в заводских условиях, никаких дополнительных настроек в быту они не требуют.

Влияние стабилизатора на технику

Феррорезонансный стабилизатор напряжения, принцип работы которого непрост, воздействует на бытовую технику следующим образом:

• Радиоприёмник – чувствительность приёма сигнала может быть уменьшена, показатель выходной мощности существенно снижается.
• Музыкальный центр – выходная мощность такой техники может существенно снизиться, стирание и запись новых дисков значительно ухудшаются.
• Телевизор – при подсоединении к стабилизатору можно наблюдать значительное снижение качества картинки на ТВ, отдельные цвета передаются неправильно.

Электрическая схема современных нормализаторов феррорезонансного типа улучшена, что позволяет им выдерживать большие нагрузки. Такие устройства могут гарантировать точную регулировку сетевого напряжения. Процедура корректировки выполняется трансформатором.

Режимы эксплуатации

Эксплуатационные режимы стабилизаторов зависят от ряда факторов. Прямое влияние имеет показатель мощности и класс устройства. Мощностные характеристики прибора могут быть разными, выбирать их надо с учётом типа подсоединяемой электротехники.

Режимы функционирования выпрямителя зависят от таких типов нагрузки:

Активная нагрузка в чистой форме наблюдается крайне редко. Она необходима только в тех цепях, где переменное значение устройства не имеет ограничений. Нагрузки ёмкостного типа могут применяться только для тех выпрямителей, которые обладают невысокой мощностью.

Принцип действия феррорезонансных стабилизаторов

Обмотка первичного типа, на которую поступает входное напряжение, находится на магнитопроводе. Он обладает большим поперечным сечением, что позволяет держать сердечник в ненасыщенном состоянии. На входе напряжение формирует магнитные потоки.

На зажимах обмотки вторичного типа формируется выходное напряжение. К этой обмотке подсоединяется нагрузка, которая находится на сердечнике, обладает небольшим сечением и пребывает в насыщенном состоянии. При аномалиях сетевого напряжения и магнитного потока его значение фактически не модифицируется, а также неизменным остаётся показатель ЭДС. Во время увеличения магнитного потока некоторая его доля будет замкнута на магнитном шунте.

Магнитный поток принимает синусоидальную форму и при его подходе к амплитудному показателю отдельный его участок переходит в режим насыщения. Повышение магнитного потока при этом прекращается. Замыкание потока по магнитному шунту будет осуществляться лишь тогда, когда показатель магнитного потока сравнится с амплитудным.

Наличие конденсатора позволяет феррорезонансному стабилизатору работать с увеличенным мощностным коэффициентом. Показатель стабилизации зависит от уровня наклона кривой горизонтального типа по отношению к абсциссе. Наклон данного участка значительный, поэтому обрести высокий уровень стабилизации без вспомогательного оборудования невозможно.

Достоинства и недостатки

Среди ключевых плюсов феррорезонансных выпрямителей можно отметить:

• стойкость к перегрузкам;
• обширный интервал эксплуатационных значений;
• быстрота регулировки;
• ток обретает форму синуса;
• высокая точность выравнивания.

Но при всех этих преимуществах имеются у приборов данного класса и свои минусы:

• Качество функционирования зависит от показателя нагрузки.
• При работе формируются внешние электромагнитные помехи.
• Нестабильное функционирование при небольших нагрузках.
• Высокие показатели массы и размеров.
• Возникновение шума при работе.

Большинство современных моделей лишены таких недостатков, но они выделяются немалой стоимостью, порой выше, нежели цена ИБП. Также устройства не оборудуются вольтметром, что лишает возможности их регулировки.

Советы по выбору

Конструкция выпрямителей постоянно модернизируется, повышается качество их схем, что позволяет переносить значительные феррорезонансные перенапряжения. Современные модели выделяются высоким уровнем быстродействия, точностью настройки и длительным эксплуатационным сроком. Режимы устанавливаются мощностными характеристиками прибора и его типом.

Основное условие выбора феррорезонансного стабилизатора – место его подсоединения. Обычно его устанавливают на входе электросети в помещение либо вблизи бытовой техники. Если выпрямитель устанавливается для всей техники, необходимо выбирать устройства с высоким уровнем мощности и подключать их сразу же за распределительным щитком.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения своими руками

Феррорезонансная схема является наиболее простой для собственноручного изготовления. В основе её функционирования лежит эффект магнитного резонанса.

Конструкцию довольно мощного выпрямителя феррорезонансного типа можно собрать из трёх элементов:

• первичного дросселя;
• вторичного дросселя;
• конденсатора.

При этом простота такого варианта сопровождается целым набором неудобств. Мощный нормализатор, изготовленный по феррорезонансной схеме, выходит массивным, громоздким и тяжёлым.