Мощность катушки: Последовательное соединение катушки и конденсатора — Мир Антенн

Содержание

Последовательное соединение катушки и конденсатора

При последовательном соединении катушки и конденсатора на расчетной схеме каждый из этих элементов электрической цепи может быть представлен активным и реактивным сопротивлениями или активной и реактивной проводимостями.

Для расчета более простой является схема рис. 14.1, а, где элементы соединены последовательно, а в схеме рис. 14.1, б они соединены смешанно.

Предположим известными параметры катушки R1, L и конденсатора R2, C; ток в цепи i = I_msinωt.

Требуется определить напряжение на участках цепи и мощность.

Векторная диаграмма и полное сопротивление цели

Мгновенную величину общего напряжения можно представить суммой мгновенных напряжений на отдельных элементах схемы:

u = u_1R + u_L + u_C + u_2R,

Имея в виду несовпадение по фазе активных и реактивных напряжений, общее напряжение получим векторным сложением:

U = U_2R + U_L + U_C +U_2R

Для построения векторной диаграммы находим:

U_1R = IR₁; U_2R = IR₂; U_L = IX_L; U_C = IX_C.

В зависимости от соотношения величин реактивных сопротивлений индуктивности и емкости можно отметить три случая:

1. Х_L>Х_C . Для этого случая векторная диаграмма представлена на рис. 14.2. На диаграмме построены треугольники напряжений для катушки и конденсатора и найдены векторы напряжения U₁ и U₂ на этих элементах.

Векторная сумма напряжений U₁ + U₂ = U дает общее напряжение в цепи. Вместе с тем вектор U является гипотенузой прямоугольного треугольника напряжений, катеты которого — активное и реактивное напряжения цепи (

U_а и U_р). Так как векторы активных составляющих напряжения направлены в одну сторону, их численные значения складываются: U_a = U_1R + U_2R.

Векторы реактивных составляющих напряжения направлены по одной прямой в противоположные стороны, поэтому им придают разные знаки: реактивное напряжение индуктивности считают положительным, а напряжение емкости — отрицательным: U_р = U_L — U_C .

При одинаковом токе во всех элементах цепи U_L>U_C . Ток отстает от общего напряжения по фазе на угол φ

. Из треугольника напряжений следует

где R = R₁ + R₂ и X = X_L — X_C общее и активное и реактивное сопротивление цепи. Полное сопротивление цепи — Z.

Эти сопротивления графически можно изобразить сторонами прямоугольного треугольника сопротивлений, который получают уже известным способом из треугольника напряжений.

Полное сопротивление цепи Z является коэффициентом пропорциональности между действующими величинами тока и общего напряжения цепи:

U = IZ; I = U/Z; Z = U/I.

Из треугольников напряжения и сопротивлений определяют следующие величины:

Угол сдвига по фазе между напряжением и током в цепи положительный (φ>0) (фазовые токи отсчитываются от вектора тока).

2. Х_L< Х_CВекторная диаграмма изображена на рис. 14.3, где U_L<U_C , поэтому общее напряжение отстает от тока на угол φ<0.

Реактивное сопротивление цепи носит емкостный характер.

Расчетные формулы для первого случая остаются без изменения и для второго случая.

3. X_L = Х_C . В этом случае реактивные составляющие напряжения катушки и конденсатора равны по величине и взаимно компенсированы: U_L = U_C (рис. 14.4). Поэтому реактивная составляющая общего напряжения и общее реактивное сопротивление равны нулю, а полное сопротивление цепи Z = R.

Общее напряжение совпадает по фазе с током и равно по величине активной

составляющей напряжения.

Угол φ сдвига фаз между током и общим напряжением равен нулю.

Ток в цепи и общее напряжение связаны формулой

U = IR, или I = U/R.

В случае X_L = Х_C в цепи имеет место явление резонанса напряжений.

Энергетический процесс в цепи с последовательном соединении конденсатора и катушки

Из треугольника напряжений легко получить треугольник мощностей из которого следуют уже известные формулы:

Реактивные мощности входят в расчеты также с разными знаками: индуктивная мощность положительна, а емкостная — отрицательна.

В соответствии с этим знак реактивной мощности всей цепи может быть тем или другим, что следует и из формул (14.2).
При φ>0 Q>0; при φ<0 Q<0.

Активная мощность положительна при любом угле, так как cosφ = cos(-φ

Полная мощность также всегда положительна. На основании формул (14.2) можно сделать вывод, что в рассматриваемой цепи совершается преобразование электрической энергии (Р ≠ 0) и обменный процесс между генератором и приемником (Q ≠ 0 при φ ≠ 0).

Энергетические процессы в данном случае сложнее, чем в ранее рассмотренных простых цепях. Усложнение объясняется тем, что наряду с обменом энергией между генератором и приемником совершается обмен энергией внутри приемника, между катушкой и конденсатором.

Особенности энергетического процесса в цепи с последовательным соединением катушки и конденсаторов отражены на рис. 14.5, где показаны графики мгновенной мощности отдельных элементов и цепи в целом при X_L = Х_С.

Катушка и конденсатор в течение полупериода накапливают равные количества энергии. Однако в первую четверть периода, когда ток увеличивается, а напряжение на конденсаторе уменьшается, энергия накапливается в магнитном поле катушки и уменьшается в электрическом поле конденсатора, причем скорость изменения энергии (мощность) в любой момент времени одинакова.

Это дает основание считать, что обмен энергией происходит только в приемнике между катушками
и конденсатором.

Для преобразования электрической энергии в другой вид приемник получает ее от генератора со средней скоростью (мощностью) Р.

Задачи по теме и пример решения задачи для схемы с последовательным соединением конденсатора и катушки

Катушка Индуктивности в Цепи Переменного Тока: Принцип Действия

Катушки индуктивности различных модификаций

Сегодня нами будет рассмотрена катушка индуктивности в цепи переменного тока, узнаем, в чем бы была разница, если бы цепь питалась от постоянного тока, а также много интересных особенностей этого простого, но очень важного радиоэлемента.

Теоретика

Для начала давайте определим назначение этой детали, а также основные понятия и термины, связанные с ней.

Что такое катушка индуктивности

Разнообразие размеров катушек

Катушка индуктивности – это радиоэлемент, применяющийся в разных схемах для следующего:

Сглаживание биений;
Подавление помех;
Ограничение переменного тока;
Накопление энергии и прочее.

Представляет собой данный элемент спиральную, винтовую или винтоспиральную катушку, сделанную из изолированного проводника. Деталь обладает относительно малой емкостью и малым активным сопротивлением, при этом у него имеет высокая индуктивность, то есть способность возникновения ЭДС (электродвижущей силы) в проводнике, при протекании в цепи электрического тока.

Дроссели на печатной плате

Катушка индуктивности, в зависимости от места и цели применения может иметь и другие названия. Например, если элемент используется для изоляции по высокой частоте в разных частях схемы, накоплении энергии магнитного поля сердечника, сглаживания пульсаций и подавления помех, катушку называют дросселем либо реактором (второе название употребляется редко).
Если говорить про силовую электротехнику, то там устоялось название ректор – его применяют при необходимости ограничения тока, например, если произошло замыкание на ЛЭП.

Соленоид

Бывают также и цилиндрические катушки индуктивности, называемые соленоидами. Длина такого цилиндра в несколько раз превышает его диаметр.

Интересно знать! Магнитное поле внутри соленоида однородно. Данное магнитное поле может выполнять механическую работу, втягивая ферритовый сердечник.

Обмотка с втягивающего реле на стартере

Применяются катушки индуктивности и в электромагнитных реле, где их называют обмоткой реле.
Устанавливаются подобные элементы и в индукционные нагреватели – тут их называют нагревательными индукторами.

Схема сверхпроводящего индуктивного накопителя

Также можно услышать термины вроде индукционного накопителя или накопительного дросселя, если речь идет об устройствах импульсной стабилизации напряжения.

Конструкционные особенности

Строение катушки индуктивности

Конструкционно катушка индуктивности представляет собой намотанную по спирали или винтом изолированную одножильный или многожильный проводник (чаще, лакированная медная проволока), вокруг диэлектрического сердечника (каркаса). Форма сердечника может быть круглой, тороидальной, прямоугольной, квадратной. Материалы, применяемые для сердечника, имеют магнитную проницаемость выше, чем у воздуха, что дополнительно удерживает магнитное поле возле катушки, а значит, увеличивается и индуктивность.

Существуют и катушки, вовсе не имеющие сердечника, или же он является регулируемым, что позволяет менять индуктивность детали.

Тороидальная катушка

Намотка проводника может быть как однослойной, ее еще называют рядовой с шагом, или многослойной (применяются названия универсал, внавал, рядовая). Расстояние между витками называется шагом.

Интересно знать! Шаг намотки может быть прогрессивным, то есть его величина изменяется по длине катушки. Применяется такая намотка для снижения «паразитной» емкости.

Применение

Используются катушки в схемах обработки сигналов и аналоговых схемах. В сочетании с конденсаторами и прочими радиокомпонентами могут формировать участки схем, которые усиливают или отфильтровывают определенные сигналы.

Широко применяются дроссели в источниках питания, где они вместе с конденсаторами фильтра призваны устранить остаточные помехи и прочие колебания, возникающие на выходе.

Строение трансформатора

Если две катушки соединить одним магнитным полем, то получится трансформатор – устройство, способное передавать электричество от одной части цепи к другой, за счет электромагнитной индукции, попутно меняя величину напряжения.

Для справки! Трансформаторы способны функционировать только с переменным током.

Основные характеристики катушек индуктивности

Прежде чем разбираться с тем, как ведет себя ток, проходя в цепи через катушку индуктивности, давайте сначала узнаем главные характеристики этого элемента.

Определение индуктивности: формула

Прежде всего, нас интересует индуктивность – значение, численно выражающаяся соотношением потока магнитного поля, которое создается протекающим током, к силе этого самого тока. Измеряется этот параметр в Генри (Гн).
Если говорить более простым языком, то это явление можно описать так. При протекании тока через катушку индуктивности создается электромагнитное поле, которое напрямую связано с ЭДС, которая оказывает противодействие изменению переменного напряжения, то есть в цепи возникает ток, который течет в обратном направлении основному.
Измерение силы тока на катушке индуктивности и переменного напряжения, противостоят данной силе, точнее наоборот. Это свойство элемента называется индуктивным сопротивлением, которое находится в противофазе реактивному емкостному сопротивлению конденсатора, включенному в цепь переменного тока.

Совет! Изменение величины индуктивности катушки происходит пропорционально изменению числа витков.

Расчет энергии магнитного поля катушки

Давно известно, что любое магнитное поле обладает некоторой энергией. Отсюда следует, что магнитное поле катушки тоже имеет определенный запас магнитной энергии. Величина этого запаса равна затраченной энергии на обеспечение протекания тока (I) в противодействие ЭДС. Расчеты производятся по приведенной выше формуле.

Гидротурбина

Чтобы было еще понятнее давайте сравним катушку с гидротурбиной. Итак, водяной поток, который направлен через турбину, будет ощущать ее сопротивление, пока турбина до конца не раскрутится. Она имеет некоторую инерцию, а значит, будет вращаться синхронно с потоком воды, не оказывая ему практически никакого сопротивления.
Если вы попробуете остановить поток воды или сменить его направление, то увидите, что турбина продолжит вращаться по инерции, заставляя двигаться воду в прежнем направлении. Чем выше инерция у турбины, тем сильнее она будет сопротивляться изменению направления потока воды.
Ровно то же самое происходит в катушке индуктивности, когда переменный ток начинает течь в обратном направлении.

При последовательном соединении катушек их индуктивность складывается

Влияние тока на индуктивность катушки выражается не только в виде основного эффекта взаимодействия. Часто наблюдаются паразитные эффекты, из-за которых сопротивление переменному току катушки индуктивности чисто реактивным назвать нельзя. Из-за этих эффектов в катушке возникают некоторые потери, оценивающиеся как сопротивление потерь. Данное значение составляет сумму потерь в сердечнике, проводе, экране и диэлектрике.
Каждая из потерь вызвана разными причинами. В проводах их целых три: они обладают хоть и малым, но все же активным омическим сопротивлением; данное сопротивление растет с увеличением частоты, что обусловлено уменьшением амплитуды электромагнитных волн, по мере того как они проникают в глубину проводящей среды (это явление называется скин-эффектом) – другими словами, ток вытесняется на верхние слои провода, из-за чего изменяется площадь проводника, а значит, и его сопротивление; если провода свиты в спираль, возникает эффект близости, из-за которого тоже меняется активное сечение проводника, и общее сопротивление.

Дроссель сварочного аппарата

Потери в диэлектрике могут возникать из-за межвиткового конденсатора, или по причине его электромагнитных свойств. Однако справедливости ради стоит отметить, что потери в этой части детали настолько малы, что ими часто пренебрегают при расчетах.
Потери на сердечнике складываются из двух величин: потери на перемагничивание ферромагнетика (потери на гистерезис) и потери на вихревые токи. Переменное магнитное поле, возникающее от протекающего в проводнике тока, индуцирует вихревые ЭДС в соседних проводниках – сердечнике, проводах ближайших витков, и даже экране. Возникшие токи, имеющие название помимо вихревых, токи Фуко, также являются причиной потерь, из-за активного сопротивления провода.
С потерями на сопротивление связана и другая характеристика, называемая добротностью. Ее величина – это соотношение реактивного и активного сопротивления катушки индуктивности.

Паразитная емкость катушки индуктивности

Следующий параметр – это паразитная емкость. Явление состоит в том, что между витками катушки возникает некоторая нежелательная емкостная связь.
ТКИ (температурный коэффициент индуктивности) – все мы знаем, что при нагревании вещества увеличиваются в размерах. Когда это происходит с катушкой, мы получаем нестабильность индуктивности, из-за изменения длины и диаметра проводника, длины и диаметра каркаса, а значит, изменения диаметра и шага витков. Помимо этого перемена температуры влияет на диэлектрическую проницаемость материала каркаса, что влечет изменение емкости катушки и влияет на проницаемость магнитным полем ферромагнетика сердечника.
ТКД (температурный коэффициент дробности) – тут все понятно! Это изменение параметров добротности в зависимости от температуры.

Включение катушки индуктивности в цепи с постоянным и переменным током

В целом, мы определили, что такое катушка индуктивности, для чего она нужна, и какие характеристики для расчета ее параметров важны, однако до сих пор неискушенному читателю наверняка не понятно, как будут изменяться параметры протекающего через эту деталь тока.

Цепь, питаемая постоянным током

Катушка индуктивности в цепи постоянного тока

Чтобы упростить изложение, будем проводить очень простой опыт:

Для начала нам потребуется блок питания, способный выдавать стабильные 12 Вольт напряжения на выходе, 12-ти вольтовая лампочка накаливания для создания сопротивления, а также сама катушка индуктивности.

Стержень из феррита

Катушку мы соберем своими руками из куска лакированной медной проволоки и ферритового стержня.

Изготовление катушки индуктивности

Инструкция предельно проста — берем проволоку и наматываем ее на стержень, после чего зачищаем ножом концы, чтобы можно было подсоединить клеммы от блока питания и подпаять провода.
Цена такой схемы минимальна, так что можете без проблем повторить опыт при желании дома.

Измерение индуктивности собранной катушки

При помощи LC-метра измеряем индуктивность полученной детали. Как видно из фото выше, в рассматриваемом примере она составила 132 мкГн.

Схема с включенной катушкой индуктивности

Теперь берем все наши детали и соединяем их по приведенной выше схеме.

Схема включена в сеть

Вот что получилось на практике. Как видим, постоянный ток протекает через катушку практически беспрепятственно, если не учитывать естественное сопротивление проводника, ведь ток не меняет своего направления на противоположное.

На данной схеме лампочку заменяет резистор, но это не важно

Значит ли это, что катушка индуктивности неприменима в цепях с постоянным током? Вовсе нет! Вот другая схема, в которую, как мы видим, уже включен некий выключатель, способный размыкать цепь. Именно в момент замыкания и происходит самое интересное.
Поскольку до этого ток был равен нулю, он начнет изменяться и расти, из-за чего изменится магнитное поле катушки, что в свою очередь приведет к возникновению ЭДС. В катушке появится индукционный ток, который потечет в обратном направлении основного потока от источника питания.
Именно в момент включения величина ЭДС будет максимальной, так как скорость изменения тока в этот момент наиболее высока, а значит, ток катушки индуктивности равен нулю.
Что произойдет дальше? А дальше мы увидим, что ток в катушке индуктивности начнет расти, тогда как ЭДС, наоборот, снижаться. Вот как это выглядит на графике.

Uвх – входное напряжение питания; Il- изменение величины тока; Ul – напряжение на катушке

На верхнем графике изображено изменение напряжения входной сети, сразу после включения. Как видим, моментально появляется постоянное значение.
Дальше показано, как меняется величина тока, протекающего через катушку. Он тоже достигает постоянно значения, но не сразу, а спустя какое-то время.
Напряжение на катушке (нижний график) также вырастает моментально, но тут же начинает падать. При этом обратите внимание, что графики силы тока и напряжения зеркально противоположны.
Если все это перенести на наш опыт с лампой, то мы увидим, что после соединения цепи через выключатель, она загорится не сразу, а с некоторой задержкой.

Похожая ситуация будет и при размыкании цепи.

Физические процессы в катушке при размыкании цепи

По графикам видна противоположная ситуация, означающая, что лампочка продолжить гореть еще какое-то время после размыкания цепи.

Дело в том, что при прекращении подачи питания, в катушке снова возникнет ЭДС, однако ток индукции потечет теперь в том же направлении, что и от источника питания, то есть запасенная энергия в катушке, поддержит питание цепи.

Включение в цепь с переменным током

Теперь давайте проведем другой опыт, в котором подключим сделанную ранее катушку к источнику питания переменного тока.

Схема включения катушки индуктивности в цепь переменного тока

Для создания приведенной схемы и снятия показаний нам потребуются: генератор частоты, осциллограф, резистор на 100 Ом и сама катушка.

Схема в сборе

На фото выше виден осциллограф, отображающий 2 синусоиды. Это каналы, соответствующие частотам генератора (красная) и резистора (желтая), который включен в цепь уже после катушки индуктивности.
Опыт с постоянным током показал, что катушка индуктивности при неизменном токе, никак не изменяет параметры тока, то есть не оказывает ему никакого сопротивления, а изменения случаются лишь во время включения и выключения питания.
Теперь же, при помощи генератора, мы сможем посмотреть, как изменится сопротивление катушки, вследствие увеличения частот.

Ток имеет частоту 1 кГц

Для начала подадим ток частотой в 1 кГц. Как видно из показаний, сигнал на выходе ничем не отличается от входного – сохранились и частота, и амплитуда.

Частота в 100 кГц

Наращиваем частоту, останавливаясь на 100 кГц-ах. По графикам видно, что произошло какое-то изменение. А именно, уменьшилась амплитуда (ток стал выравниваться) и желтый график сместился вправо (появилась задержка) – это явление называет сдвигом фаз, то есть разницей между начальными и итоговыми замерами величин.

Интересно знать! Чтобы иметь возможность измерить сдвиг фаз, необходимо чтобы сигналы имели одинаковую частоту. Амплитуда значения не имеет.

Сдвиг фаз

Давайте посмотрим, что произойдет, если частоту увеличить еще.

Частота в 500 кГц

По графикам видно, что тенденция сохранилась. Фаза сдвинулась еще сильнее, а амплитуда упала до 480 милливольт, хотя изначально равнялась практически 2 Вольтам.

Частота в 2 Мегагерца

Выставляем максимальную частоту, что способен выдать наш генератор, и видим падение амплитуды до 120 мВ, и смещение фазы практически на 90 градусов.
Отсюда можно сделать вывод, что с увеличением частоты питающего тока сопротивление катушки индуктивности будет расти. При этом происходит сдвиг фаз, максимальное значение которого составляет 90 градусов.

Сопротивление катушки напрямую зависит от ее индуктивности и рассчитывается по следующей формуле.

Расчет сопротивления катушки индуктивности

Работает при этом катушка все по тому же принципу.

Изменение тока и ЭДС самоиндукции

На графике показана зависимость тока и ЭДС от времени. Почему она выглядит именно так?

Мы уже выяснили на примере постоянного тока, что ЭДС прямопропорциональна скорости, с которой изменяется сила тока. Собственно на графике и показывается эта зависимость.
Рассмотрим часть графика. Между точками 1 и 2 ток изменяется, причем вначале изменение весьма резкое, но чем ближе к точке 2, тем оно сильнее замедляется, а в некотором промежутке времени и вовсе остается почти одинаковым.
Отсюда следует, что скорость изменения тока выше около точки 1, а значит, в тот момент времени ЭДС и будет самым высоким.
Также мы помним, что направление ЭДС противоположно основному току, то есть принимает отрицательное значение. Вот собственно и показанная зависимость – ток от точки 1 до точки 2 растет, а ЭДС падает, при прямой зависимости от скорости изменения тока.
Идем дальше – промежуток 2-3. Ток у нас падает – сначала с медленной, а затем быстрой скоростью. ЭДС же, наоборот, растет, принимая положительное значение. И так далее, по аналогии.

Теперь, что касается знаков. На участке 1-2, у тока и ЭДС они противоположные, а значит, ЭДС тормозит ток, препятствуя его возрастанию, из-за того что они направлены навстречу друг другу. Далее идет участок 2-3, на котором ток и ЭДС выравниваются по знакам, а значит ЭДС побежит в ту же сторону, поддерживая убывающий ток.

Вот мы и пришли к тому факту, что току, протекающему в цепи, катушка индуктивности оказывает индуктивное или реактивное сопротивление. Возвращаясь к формуле расчета этого сопротивления, видим, что, так как частота в постоянном токе равно 0, сопротивление не оказывается, и наоборот, высокая частота переменного тока, увеличивает сопротивление катушки.

Так, мы что-то забыли! Да, конечно же! Что будет в это время с напряжением?

Зависимость напряжения и тока от времени

Из графика видно, что ток относительно напряжения сдвинут по фазе на ¼ такта, или на 90 градусов (отстает), что является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, с включенной катушкой индуктивности.

Как все это можно задействовать на практике. Самый банальный пример – это фильтр низких частот (ФНЧ). Мы увидели, что сигнал с высокой частотой проходит намного хуже, тогда как низкочастотный, не испытывает никакого сопротивления. Если включить катушку индуктивности в цепь, запитывающую динамик, то мы получим обрезку высоких частот, превращая конструкцию в сабвуфер, играющий только басы.

На этом все. Мы разобрали, как меняется ток катушки индуктивности, ЭДС и напряжение. Кто бы мог подумать, что это простое устройство совершает такую работу? Этим то и прекрасен мир электротехники. Изучайте его, и вам откроется много интересного! В дополнение просмотрите лекцию из видео в этой статье. Удачи!

Преобразование энергии в электрической цепи. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности синусоидального тока. (Лекция №7)

Передача энергии w по электрической цепи (например, по линии электропередачи), рассеяние энергии, то есть переход электромагнитной энергии в тепловую, а также и другие виды преобразования энергии характеризуются интенсивностью, с которой протекает процесс, то есть тем, сколько энергии передается по линии в единицу времени, сколько энергии рассеивается в единицу времени. Интенсивность передачи или преобразования энергии называется мощностью р. Сказанному соответствует математическое определение:

(1)

Выражение для мгновенного значения мощности в электрических цепях имеет вид:

(2)

Приняв начальную фазу напряжения за нуль, а сдвиг фаз между напряжением и током за , получим:

(3)

Итак, мгновенная мощность имеет постоянную составляющую и гармоническую составляющую, угловая частота которой в 2 раза больше угловой частоты напряжения и тока.

Когда мгновенная мощность отрицательна, а это имеет место (см. рис. 1), когда u и i разных знаков, т.е. когда направления напряжения и тока в двухполюснике противоположны, энергия возвращается из двухполюсника источнику питания.

Такой возврат энергии источнику происходит за счет того, что энергия периодически запасается в магнитных и электрических полях соответственно индуктивных и емкостных элементов, входящих в состав двухполюсника. Энергия, отдаваемая источником двухполюснику в течение времени t равна .

Среднее за период значение мгновенной мощности называется активной мощностью .

Принимая во внимание, что , из (3) получим:

(4)

Активная мощность, потребляемая пассивным двухполюсником, не может быть отрицательной (иначе двухполюсник будет генерировать энергию), поэтому , т.е. на входе пассивного двухполюсника . Случай Р=0, теоретически возможен для двухполюсника, не имеющего активных сопротивлений, а содержащего только идеальные индуктивные и емкостные элементы.

1. Резистор (идеальное активное сопротивление).

Здесь напряжение и ток (см. рис. 2) совпадают по фазе , поэтому мощность всегда положительна, т.е. резистор потребляет активную мощность

2. Катушка индуктивности (идеальная индуктивность)

При идеальной индуктивности ток отстает от напряжения по фазе на . Поэтому в соответствии с (3) можно записать
.

Участок 1-2: энергия , запасаемая в магнитном поле катушки, нарастает.

Участок 2-3: энергия магнитного поля убывает, возвращаясь в источник.

3. Конденсатор (идеальная емкость)

Аналогичный характер имеют процессы и для идеальной емкости. Здесь . Поэтому из (3) вытекает, что . Таким образом, в катушке индуктивности и конденсаторе активная мощность не потребляется (Р=0), так как в них не происходит необратимого преобразования энергии в другие виды энергии. Здесь происходит только циркуляция энергии: электрическая энергия запасается в магнитном поле катушки или электрическом поле конденсатора на протяжении четверти периода, а на протяжении следующей четверти периода энергия вновь возвращается в сеть. В силу этого катушку индуктивности и конденсатор называют реактивными элементами, а их сопротивления Х_L и Х_С , в отличие от активного сопротивления R резистора, – реактивными.

Интенсивность обмена энергии принято характеризовать наибольшим значением скорости поступления энергии в магнитное поле катушки или электрическое поле конденсатора, которое называется реактивной мощностью.

В общем случае выражение для реактивной мощности имеет вид:

(5)

Она положительна при отстающем токе (индуктивная нагрузка- ) и отрицательна при опережающем токе (емкостная нагрузка- ). Единицу мощности в применении к измерению реактивной мощности называют вольт-ампер реактивный (ВАр).

В частности для катушки индуктивности имеем:

, так как .

Из последнего видно, что реактивная мощность для идеальной катушки индуктивности пропорциональна частоте и максимальному запасу энергии в катушке. Аналогично можно получить для идеального конденсатора:

Полная мощность

Помимо понятий активной и реактивной мощностей в электротехнике широко используется понятие полной мощности:

(6)

Активная, реактивная и полная мощности связаны следующим соотношением:

(7)

Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности. Из приведенных выше соотношений видно, что коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением. Итак,

(8)

Комплексная мощность

Активную, реактивную и полную мощности можно определить, пользуясь комплексными изображениями напряжения и тока. Пусть , а . Тогда комплекс полной мощности:

(9)

где — комплекс, сопряженный с комплексом .

Комплексной мощности можно поставить в соответствие треугольник мощностей (см. рис. 4). Рис. 4 соответствует (активно-индуктивная нагрузка), для которого имеем:

Применение статических конденсаторов для повышения cos

Как уже указывалось, реактивная мощность циркулирует между источником и потребителем. Реактивный ток, не совершая полезной работы, приводит к дополнительным потерям в силовом оборудовании и, следовательно, к завышению его установленной мощности. В этой связи понятно стремление к увеличению в силовых электрических цепях.

Следует указать, что подавляющее большинство потребителей (электродвигатели, электрические печи, другие различные устройства и приборы) как нагрузка носит активно-индуктивный характер.

Если параллельно такой нагрузке (см. рис. 5), включить конденсатор С, то общий ток , как видно из векторной диаграммы (рис. 6), приближается по фазе к напряжению, т.е. увеличивается, а общая величина тока (а следовательно, потери) уменьшается при постоянстве активной мощности . На этом основано применение конденсаторов для повышения .

Какую емкость С нужно взять, чтобы повысить коэффициент мощности от значения до значения ?

Разложим на активную и реактивную составляющие. Ток через конденсатор компенсирует часть реактивной составляющей тока нагрузки :

;

(10)

;

(11)

(12)

Из (11) и (12) с учетом (10) имеем

но , откуда необходимая для повышения емкость:

(13)

Баланс мощностей

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии и может служить критерием правильности расчета электрической цепи.

а) Постоянный ток

Для любой цепи постоянного тока выполняется соотношение:

(14)

Это уравнение представляет собой математическую форму записи баланса мощностей: суммарная мощность, генерируемая источниками электрической энергии, равна суммарной мощности, потребляемой в цепи.

Следует указать, что в левой части (14) слагаемые имеют знак “+”, поскольку активная мощность рассеивается на резисторах. В правой части (14) сумма слагаемых больше нуля, но отдельные члены здесь могут иметь знак “-”, что говорит о том, что соответствующие источники работают в режиме потребителей энергии (например, заряд аккумулятора).

б) Переменный ток.

Из закона сохранения энергии следует, что сумма всех отдаваемых активных мощностей равна сумме всех потребляемых активных мощностей, т.е.

(15)

В ТОЭ доказывается (вследствие достаточной громоздкости вывода это доказательство опустим), что баланс соблюдается и для реактивных мощностей:

(16)

где знак “+” относится к индуктивным элементам , “-” – к емкостным .

Умножив (16) на “j” и сложив полученный результат с (15), придем к аналитическому выражению баланса мощностей в цепях синусоидального тока (без учета взаимной индуктивности):

или

Литература

Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

Что такое активная мощность?
Что такое реактивная мощность, с какими элементами она связана?
Что такое полная мощность?
Почему необходимо стремиться к повышению коэффициента мощности ?
Критерием чего служит баланс мощностей?
К источнику с напряжением подключена активно-индуктивная нагрузка, ток в которой . Определить активную, реактивную и полную мощности.

Ответ: Р=250 Вт; Q=433 ВАр; S=500 ВА.

В ветви, содержащей последовательно соединенные резистор R и катушку индуктивности L, ток I=2 A. Напряжение на зажимах ветви U=100 B, а потребляемая мощность Р=120 Вт. Определить сопротивления R и XL элементов ветви.

Ответ: R=30 Ом; XL=40 Ом.

Мощность, потребляемая цепью, состоящей из параллельно соединенных конденсатора и резистора, Р=90 Вт. Ток в неразветвленной части цепи I1=5 A, а в ветви с резистором I2=4 A. Определить сопротивления R и XC элементов цепи.

Ответ: R=10 Ом; XС=7,5 Ом.

Катушки и их тяговые характеристики

ГлавнаяКонтентКатушки. Тяга и скорость.

Таблица с тяговыми и скоростными характеристиками безынерционных катушек. Методику расчета предложил Игорь Плиев (aka Арчилыч), подробнее про методику можно прочитать в его статьях «Нестандартный подход к выбору безынерционных катушек», «Безынерционные катушки. Финальный аккорд». Ниже таблицы даны пояснения, достаточные для понимания коэффициентов и критериев, встречающихся в таблице, и их цветовые схемы.

Если вы хотите добавить какую-либо катушку в таблицу, присылайте на e-mail наименование катушки, передаточное число, радиус вращения рукояти, диаметр шпули по буртику и ее массу. Количество рассмотренных катушек на текущий момент: 107 шт.

Обсуждение таблицы (особенно в межсезонье) происходит в специальной теме на форуме Обсуждение таблицы «Катушки. Тяга и скорость»

ABU Garcia Cardinal 406 I FD

4.8

385

127.5

H|E

Abu Garcia Revo Rocket Spinning 30

218

90.6

Allux Carbon Evo Area

4.9

191

89.2

Allux Carbon Match Ultra HD HS

6.1

107

263

108.3

L|M

Allux Carbon Match Ultra HD SLR

4.5

263

114.2

Allux Carbon Match Ultra HD SP

5.1

263

111.5

L|M

Allux Magnesio Ultra HD HS

6. 1

105

278

110.0

L|M

Allux Magnesio Ultra HD SLR

4.5

278

115.8

Allux Magnesio Ultra HD SP

5.1

278

113.2

Allux Pride Feeder Master 5010 Pro

5.2

286

103.8

Allux Pride Feeder Master 6510 Pro

4.7

434

134.5

Allux Ruthenium Feeder 6000

4.9

371

127.4

H|E

Allux Ruthenium Feeder 6500

4.9

413

136.4

Allux Ruthenium Pro Evo SP

5.1

262

103.6

Allux S4 200

5.1

254

98. 9

P|L

Allux S6 2008

5.1

247

97.5

Allux S6 4008

5.1

290

107.0

Allux Spin S4 400

5.1

291

108.0

Allux Spin S6 Feeder

4.9

376

128.9

H|E

Allux Velvet 3508

5.1

266

101.7

Allux Velvet 4008

5.1

293

107.4

Allux Velvet Area

216

89.9

Balzer MasterPiece 8400 LF

5.2

318

112.9

Balzer Syndicate Light Feeder Br 7400

Характеристики безинерционных катушек | Передаточное чило | Мощкость

Главная | Снасти | Характеристики безинерционных катушек

Практически у каждого рыбака в арсенале есть снасть с безинерционной катушкой. Эта катушка должна удовлетворять требованиям рыбака, иначе хорошей рыбалки не получится. Они стоят очень дорого, и менять их получается очень накладно. В основном рыбак покупает одну безинерционную катушку и пользуется ее на протяжении нескольких лет. Поэтому, чтобы сделать правильный выбор, перед покупкой рыбаку необходимо разобраться в характеристиках безинерционных катушек. Вот давайте ниже об этом и поговорим.

Передаточное число и мощность катушки. Мощность катушки зависит от передаточного числа. Чем меньше это число, тем мощнее катушка. Передаточное число – это отношение количества оборотов лесоукладывателя к числу оборотов рукоятки. Оно обозначается так 6:1, то есть за один оборот ручки лесоукладыватель совершит шесть оборотов. Это отношение может быть разное. Остается только решить какой мощности нужна катушка и смотреть на передаточное число.
Длина шпули. Чем длиннее шпуля и меньше глубина укладки лески, тем дальше делаются забросы приманок.
Диаметр шпули. Чем больше диаметр шпули, тем дальше делаются забросы. Это связано с тем, что потребуется слета меньшего количества витков лески для определенной дистанции.
Количество подшипников. Чем больше подшипников, тем качественней катушка. Это связано с тем, что получается более равномерная нагрузка на вращающие узлы катушки. Хотя встречаются катушки худшего качества, но с большим количеством подшипников. Это связано с качеством изготовления и материала деталей. Лучше стоит выбирать модели зарекомендованных фирм, специализированных на производстве рыболовных товаров.
Фрикционный тормоз. Он позволяет проворачиваться шпуле при воздействии усилия, которое прилагается на леску. Это помогает избежать обрывов при рывках сопротивляющейся рыбы. Качественный фрикционный тормоз плавно спускает леску, без рывков. Регулируя этот механизм, мы можем усиливать или ослаблять зажим шпули. Таким образом, мы можем работать с лесками разных диаметров одной катушкой.
Местоположение фрикционного тормоза. Этот механизм может располагаться спереди или сзади катушки. Выбор следует делать на удобстве конкретного человека. Как Вам удобно такую катушку и выбирайте. Хотя катушки с передним фрикционом считаются надежнее, но большинство берут с задним.
Мгновенный стопор обратного хода. Этот механизм необходим при ловле донными снастями. Он позволяет четко настроить кивок. При присутствии люфта это сделать будет трудновато. Таким образом, чем меньше люфт, тем лучше катушка.
Механизм защиты от самосброса дужки лесоукладывателя. Этим механизмом снабжены не все катушки. Он полезен при донной и мачтовой ловле. Этот механизм позволяет забрасывать тяжелые приманки, кормушки и т.д. без самосброса дужки лесоукладывтеля.
Ролик лусоукладывателя. Качественные катушки имеют конический ролик с твердым покрытием на подшипнике. Он сглаживает перекручивание лески – один из недостатков безинерционных катушек.

Вот и разобрались в характеристиках безинерционных катушках. Теперь можно смело идти в магазин и выбирать себе катушку. Удачных Вам поклевок!

Рыболовы также являются путешественниками и туристами. Они всей семьей ездят на разные курорты, в другие города или страны, чтобы получить настоящий отдых. Ситуация во всем мире постоянно меняется и поэтому они следят не только за новинками рыболовного рынка, но периодически их интересуют новости туризма. Сегодня необходимо быть информированным во всем и стараться следить за последними новостями. Это позволяет людям быть в курсе всех событий мира.

Задачи на цепи переменного тока

В электротехнике большое количество задач посвящено цепям переменного тока. Рассмотрим примеры решения некоторых из них.

Задача 1

В сеть переменного тока включены последовательно катушка индуктивностью 3 мГн и активным сопротивлением 20 Ом и конденсатор емкостью 30 мкФ. Напряжение Uc на конденсаторе 50 В. Определите напряжение на зажимах цепи, ток в цепи, напряжение на катушке, активную и реактивную мощность.

Решение задачи начнём с определения тока в цепи, но для этого нужно сначала определить реактивное сопротивление конденсатора.

Как известно, реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты переменного тока (при её увеличении уменьшается, а при её уменьшении увеличивается), следовательно

Ток в цепи находим из соображения, что элементы в цепи соединены последовательно, а значит, ток на конденсаторе и катушке будет одним и тем же.

Следующим шагом мы определяем индуктивное сопротивление и напряжение катушки

Зная активное сопротивление обмотки катушки, можем определить падение напряжения на нем

Теперь, когда мы знаем напряжение на каждом из элементов, мы можем определить напряжение на зажимах цепи, которое будет равно

Активную мощность в данном случае можно определить как мощность, выделяемую на обмотке катушки

Для определения реактивной мощности необходимо для начала определить угол сдвига ϕ

Так как реактивная мощность имеет отрицательное значение, то цепь имеет емкостной характер.

Задача 2

В цепи как показано на схеме, подключены катушка, конденсатор и резисторы. Индуктивность катушки – 15 мГн, емкость конденсатора 20 мкФ, R1=10 Ом, R2=30 Ом. Напряжение источника 100 В, частота 100 Гц. Определить токи в цепи, активную, реактивную и полную мощность в цепи.

Данную задачу удобнее решать с помощью проводимостей, так как катушка и конденсатор соединены параллельно.

Тогда активная проводимость первой ветви равна

Реактивная проводимость первой ветви равна

Полная проводимость первой ветви

Аналогичный расчет произведем для второй ветви содержащей конденсатор

Полная проводимость цепи

Токи в цепи определим зная напряжение и проводимости

Коэффициент мощности определим по формуле

Активная мощность

Реактивная мощность

Полная мощность

Читайте также — расчет простых цепей постоянного тока

Лучшая катушка беспроводного источника питания — отличные предложения на катушку беспроводного источника питания от глобальных продавцов катушек беспроводного источника питания

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для катушки с беспроводным источником питания. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку эта лучшая катушка беспроводного источника питания вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели катушку для беспроводного питания на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в катушке для беспроводного источника питания и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг, и предыдущие клиенты часто оставляют комментарии, описывающие свой опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести катушку для беспроводного питания по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните лучший опыт покупок прямо здесь.

Источник питания для катушек — суперскидки на источник питания для катушек в AliExpress

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для питания катушек.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот источник питания с верхней катушкой в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели блок питания для катушки на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в блоке питания катушки и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг, и предыдущие клиенты часто оставляют комментарии, описывающие свой опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести источник питания для катушек по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните лучший опыт покупок прямо здесь.

Как сделать простой электромагнитный пистолет с катушкой

Пистолет с катушкой , как многие думают (включая меня), не просто забавная игрушка с трубкой и несколькими катушками вокруг нее, которая может стрелять снарядами на определенное расстояние. Ученые из Sandia National Laboratories полагают, что койлган может быть спроектирован для ускорения частиц с большей скоростью, которая достаточно высока, чтобы избежать земного притяжения. Да, вы не ослышались! Возможно, в будущем катушечная пушка может быть использована для запуска спутников. Возможно, есть люди, которые пробовали это, а также сейчас над этим работают. Помимо космических приложений, военные, похоже, также заинтересованы в другой форме Coil Gun, называемой Rail Gun или Railway Gun , которая может стрелять снарядами.

Все это заинтересовало меня в создании собственного ружья Coil Gun . Кроме того, очень приятно играть и наблюдать, как металлические снаряды вылетают из катушки одним нажатием кнопки.Прежде чем мы начнем, я хотел бы прояснить, что этот проект предназначен исключительно для образовательных целей, поэтому, если вы хотите создать это оружие, чтобы сбежать от этого хулигана в своей старшей школе, вам, вероятно, следует посетить психолога. В проекте также используются летающие металлические части и высокое напряжение, поэтому будьте осторожны при работе с ними. При этом давайте начнем.

Необходимые материалы

Медный провод (эмалированный)
ИК-датчик (тип измерения скорости)
IRFZ44N МОП-транзистор
BC557 PNP транзистор
Резистор 10 кОм и 1 кОм
7805 Регулятор
0.1 мкФ
Кнопка
Макет
Источник питания (ИИ)
Батарея 9 В

Как работает спиральный пистолет?

Основной принцип спиральной пушки заключается в том, что проводник с током индуцирует вокруг себя магнитное поле, что было заявлено Фарадеем. Для увеличения напряженности этого магнитного поля проводник с током наматывают в виде катушки. Теперь, , когда эта катушка запитана, вокруг нее создается магнитное поле, достаточно сильное, чтобы притягивать куски металла (или других ферромагнетиков) a.k.a снаряды в него.

Такое расположение будет притягивать снаряд в себя только с одного конца, а когда он достигнет другого конца, он снова будет притягиваться внутри катушки, и, таким образом, снаряд останется внутри самой катушки после нескольких колебаний. Это связано с тем, что во время процесса снаряд намагничивается и действует как магнит, поэтому, пока присутствует магнитное поле, снаряд (магнит) будет стремиться оставаться только внутри катушки. Но катушечный пистолет должен запускать снаряд из него, поэтому мы должны использовать датчик, чтобы проверить, достиг ли снаряд другого конца катушки, и когда катушка должна быть отключена, таким образом снаряд будет двигаться с той же скоростью и вырваться из катушки.

Это может показаться простым, но сложность может быть увеличена, если использовать более одной катушки. Используя несколько катушек, можно увеличить скорость снаряда, пока он проходит через катушку. Еще одна сложная задача — обеспечить достаточный ток для катушки. Катушка может потреблять от 5 до 10 А при 24 В, в зависимости от количества витков и толщины катушки. Поэтому в качестве источника такого сильного тока большинство людей используют большой конденсатор, чтобы справиться с ним. Но в нашем руководстве для простоты мы построим одноступенчатый ружейный пистолет и запитаем его от блока RPS.

Принципиальная схема

Полная принципиальная схема одноступенчатого рулевого пистолета показана на изображении ниже.

Как видите, схема довольно проста. Основным компонентом схемы является сама катушка; мы увидим, как мы его построим, в следующем заголовке. Катушка питается от источника питания 24 В от нашего RPS , питание контролируется (переключается) через N-канальный MSFET IRF544Z .Вывод затвора транзистора опускается через резистор 10 кОм (R1), а диод D1 используется для обхода обратного тока при разряде катушки.

МОП-транзистор является N-канальным и, следовательно, остается выключенным до тех пор, пока пороговое напряжение затвора в этом случае 5В не будет подано на вывод затвора. Это делается с помощью кнопки через транзистор PNP (BC557), , когда кнопка нажата, 5 В подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, и катушка включается. Это привлечет снаряд и протолкнет его через другой конец. Как только снаряд достигнет другого конца, инфракрасный датчик обнаружит его и отправит сигнал 5 В на базовый вывод PNP-транзистора через токоограничивающий резистор 1 кОм. Это откроет транзистор, и, следовательно, 5V на MOSFET будет отключен, а катушка также отключится. Следовательно, снаряд вылетит из катушки и будет выпущен наружу. Напряжение 5 В для питания ИК-датчика и срабатывания транзистора и полевого МОП-транзистора регулируется микросхемой стабилизатора напряжения 7805 от батареи 9 В.

Намотка катушки

Как было сказано ранее, наиболее важным элементом в этой схеме является катушка. Перед тем, как начать наматывать катушку, вы должны определить , какой размер вашего снаряда будет , в моем случае я использую биты отвертки в качестве снарядов. Но вы можете выбрать все, что имеет ферромагнитные свойства. После выбора снаряда мы должны выбрать конструкцию, похожую на дырчатую трубу, которой достаточно, чтобы скользить снаряд без особого трения. Я пробовал использовать и пустую ручку для заправки , и у меня она отлично сработала. Вы можете выбрать один в зависимости от размера вашего снаряда. Тогда длина цилиндрического основания может достигать 5 см. Наконец, также приобретите эмалированный медный провод средней толщины, у меня толщиной 0,8 мм.

Собрав все необходимые материалы, включите свой любимый плейлист и начните наматывать катушку на цилиндрическое основание. Убедитесь, что обмотки не нахлестываются одна на другую и не откручиваются.После очистки первого слоя обмотки вы можете использовать изоляционную ленту (изоленту), чтобы закрепить ее на месте, а затем аналогичным образом начать наклеивать второй слой поверх него. Обратите внимание, что вы всегда должны наматывать катушку только в одном направлении, если вы начали слева направо после достижения конца для первого слоя, начните снова слева для наматывания второго слоя. Вы можете повторять этот шаг, пока не получите 5-7 слоев. Я сделал около 6 слоев, каждый из которых имел примерно 60 витков. Расположение моей катушки выглядит примерно так, как показано на рисунке ниже.Я использовал два 3D-печатных диска (белого цвета), чтобы закрепить катушку на месте, они не являются обязательными.

Работать с катушками всегда сложно, и для правильной работы необходимо правильно их намотать. Как и в Tesla Coil Project, многие люди не могут получить правильный выход из-за неправильной намотки катушки.

Работа миниатюрного рулевого пистолета

После сборки катушки вы можете приступить к ее подключению к остальной части схемы катушки .Имейте в виду, что катушка может потреблять до 5 А и, следовательно, часть катушки не может быть построена на макете, потому что макеты обычно рассчитаны только на 500 мА. Таким образом, вы можете построить полную схему на перфорированной плате, припаяв компоненты, или следовать грубому способу пайки линий высокой мощности непосредственно через макетную плату, как я сделал, как показано на рисунке ниже.

Как вы можете видеть, катушка питается от регулируемого источника питания зажимами (зажимы типа «крокодил») через МОП-транзистор, контакты которого напрямую припаяны к проводам.Для вывода затвора МОП-транзистора требуется только 5 В, и, следовательно, он помещается на макетную плату, где строится оставшаяся схема, включая регулятор напряжения, транзистор и переключатель. Макетная плата питается от 9-вольтовой батареи через зажимы батареи.

Чтобы проверить катушку проекта , просто поместите металлическую деталь внутрь катушки и нажмите кнопку на макетной плате. Это должно запустить снаряд за пределы катушки. Также убедитесь, что не нажимаете кнопку непрерывно, так как это снова активирует катушку после запуска снаряда и может навсегда повредить катушку.Полную работу проекта можно найти в видео .

Надеюсь, вы создали проект и он заработал. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете оставить их в разделе комментариев ниже или опубликовать их на нашем форуме по другим техническим вопросам.

Моделирование и практическая реализация систем беспроводной передачи энергии с двумя катушками

Беспроводная передача энергии (WPT) на основе индуктивной связи потенциально может быть применена во многих практических приложениях.За последние несколько лет он привлек множество исследовательских интересов. В этой статье представлены моделирование, конструкция и реализация системы БПЭ с двумя катушками. Система-прототип может быть реализована с использованием обычных силовых электронных устройств, таких как полевые МОП-транзисторы, с очень низкими затратами, поскольку она работает в относительно низком частотном диапазоне (менее 1 МГц). Чтобы определить оптимальную рабочую зону для системы WPT, строится схемная модель на основе практических параметров из прототипа.Взаимосвязь между частотой возбуждения, связью и выходной мощностью анализируется на основе схемных и магнитных принципов. Помимо теоретического исследования, в этой статье также представлена подробная реализация прототипа БПЭ, включая конструкцию катушки, генерацию цифровой частоты и высокочастотную силовую электронику. Проводятся эксперименты для проверки эффективности анализа схемы. Тщательно настроив параметры схемы, прототип может выдавать мощность 20 Вт через 2 штуки.Расстояние 2 метра с эффективностью 20–30%.

1. Введение

Технология беспроводной передачи энергии (WPT) потенциально может использоваться во многих промышленных приложениях в случае, если соединительные провода неудобны, опасны или даже невозможны. За последние несколько лет он привлек большое внимание исследователей. В настоящее время исследуются несколько техник WPT. Методы дальнего поля используют распространяющиеся электромагнитные волны, которые передают энергию так же, как радиосигналы передают сигналы, но с гораздо большей мощностью передачи [1].Методы индуктивной связи (или ближнего поля) работают на расстояниях, меньших длины волны передаваемого сигнала, которые работают на относительно низкой частоте по сравнению с методами дальнего поля [2].

Ранние исследования и анализ индуктивной связи [3, 4] в основном основывались на чисто физических теориях, которые может быть трудно полностью понять исследователям из области электротехники. Недавние исследования [5–7] начали использовать теорию цепей и магнитного поля для изучения фундаментального принципа магнитно-резонансной связи, что делает технологию более ощутимой для более широкого круга исследователей, особенно для инженеров-электриков и электронщиков.

Потенциально, системы БПЭ с индуктивной связью могут использоваться во многих промышленных приложениях, таких как источники питания для движущихся датчиков и преобразователей [8], медицинские имплантаты [9, 10] и станции беспроводной зарядки электромобилей [11].

В электроэнергетике, из-за важности высоковольтных кабелей в сети передачи, мониторинг состояния на месте является очень важным вопросом [12, 13]. Однако источник питания всегда является серьезной проблемой для надежности устройств мониторинга, которые работают в суровых условиях окружающей среды без надежных источников питания.Некоторые приложения пытаются использовать солнечную и ветровую энергию для решения проблемы, но эти источники энергии не гарантируются в случае продолжительных плохих погодных условий, которые могут часто возникать в некоторых местах, например, в горных районах на юго-западе Китая.

Однако, используя технологию WPT, небольшое количество энергии может быть получено из магнитного поля вокруг силовых кабелей высокого напряжения с помощью индукционных катушек, а затем передано через изолятор (на расстоянии нескольких метров) для питания устройств мониторинга, установленных на башни, которые могут быть потенциальным решением проблемы.Для этого типа приложений ключевым требованием является подача достаточной мощности на нагрузку с относительно высокой эффективностью передачи мощности (PTE) и значительным расстоянием. Прочность и надежность также являются важными вопросами, особенно в случае мониторинга высоковольтных кабелей.

В последнее время разработано много конфигураций системы БПЭ, включая 2-катушку [14, 15], 3-катушку [16] и 4-катушку [17, 18]. Многослойные конструкции в некоторых случаях могут увеличить PTE, но цена заключается в увеличивающейся сложности структуры системы.Каждая катушка имеет свои параметры, такие как сопротивление, индуктивность и емкость. Некоторые параметры могут быть чувствительны к внешней среде, например, к температуре и влажности. Больше контуров катушек означает, что для согласования всех параметров требуется больше работы по настройке. Может быть трудно поддерживать оптимальную производительность в некоторых суровых условиях для практических приложений. Уравновешивая производительность, сложность и надежность, простая конструкция с двумя катушками может быть лучшим вариантом для некоторых промышленных приложений.

В [14] изучается оптимальная конструкция индуктивно связанной системы передачи энергии с двумя катушками с использованием теории сопряженного изображения [15]. Теоретически оптимальные параметры систем БПЭ можно рассчитать для максимальной передачи мощности. Однако в некоторых приложениях может быть сложно или дорого изменить внутренние параметры схемы, что требуется по теории.

В этом документе рассматривается решение БПЭ, которое потенциально может быть использовано для мониторинга силовых кабелей высокого напряжения.Для оптимизации условий работы анализируются и моделируются модели схем с практическими параметрами. На основе теоретического исследования создан прототип БПЭ, предназначенный для практического мониторинга силовых кабелей ВН. Он способен выдавать мощность 20 Вт на расстояние 2,2 м. Поскольку он разработан для практических применений, резонансная частота снижается до нескольких сотен килогерц, что находится в пределах диапазона обычных компонентов силовой электроники, таких как полевые МОП-транзисторы. Его можно легко коммерциализировать, поскольку все силовые и электрические компоненты можно приобрести с низкими затратами.

2. Принцип работы двухкатушечных систем БПЭ и принцип их действия

2.1. Модель оптимальной схемы

На рисунке 1 показана модель эквивалентной схемы системы БПЭ с двумя катушками, использующая магнитно-связанный резонатор, где система катушек с самоиндукцией и, взаимной индуктивностью и потерями в меди и. Поскольку обе катушки представляют собой индукторы с воздушным сердечником, потери в стали не учитываются. Обе катушки Tx и Rx подключены к резонансным конденсаторам и. и являются паразитарной устойчивостью и.это зависимость от источника переменного тока. — нагрузочное сопротивление выхода.

Для системы, показанной на рисунке 1, оптимальные параметры, которые максимизируют беспроводную передачу мощности, анализируются в [14]. Для данной системы катушек оптимальная емкость нагрузки и сопротивление порта рассчитываются как где сумма и. это сумма и. Уравнения (1) и (2) представляют собой условие согласования сопротивлений, а (3) и (4) отображают условие резонанса.Из (3) и (4) можно увидеть, что для максимальной передачи мощности две катушки с обеих сторон должны работать на резонансной частоте, как
Теоретически, (1) — (4) могут элегантно определить оптимальные параметры. Однако в практических приложениях, поскольку, и являются паразитными значениями, у инженеров мало гибкости при выборе параметров схемы для согласования сопротивления. Для данной системы WPT,,,
.