У силових мережах,. що йдуть від центральних електростанцій, циркулює струм з частотою 50 гц. Але для енергетичних цілей застосовуються також струми, що мають частоту, в тисячі і мільйони разів більш високу. При всіх частотах потрібно передавати енергію з можливо більш високим к. п. д., але в різних областях це досягається різними прийомами.

Низкочастотники – це ті, хто працює з малими запасами енергії на складах. За напівперіод змінного струму в системі споживається більше енергії, ніж її може бути запасено і в електричних, і в магнітних полях.

У високочастотників ж навпаки – споживання енергії за напівперіод змінного струму буває значно менше запасів коливальної енергії в системі.

Хоча перед енергетиками – і високочастотник, і низькочастотник-стоїть одна і та ж завдання: мінімальні втрати при передачі електроенергії, але конструктивні рішення у них абсолютно різні.

У трансформаторах зі сталевим сердечником на частоту струму 50 гц вибирають малий струм холостого ходу. Низкочастотники допускають у своїх трансформаторах струм холостого ходу – струм намагнічення, рівний тільки однієї десятої від робочого струму, струму навантаження.

У високочастотних же трансформаторах без сталевого сердечника струм холостого ходу може в кілька разів перевищувати навантажувальний.

Низкочастотники працюють з великою зв’язком між котушками своїх трансформаторів. Коефіцієнт зв’язку трансформаторів на 50 гц зазвичай більше 0,9 – він близький до одиниці. Тому можна допускати велике загасання струму в котушках.

Високочастотникі будують трансформатори, у яких зв’язок між обмотками буває значно менше одиниці. Але зате вони застосовують обмотки з малим загасанням і цим забезпечують таку ж високу або навіть більшого значення к. п. д., що і при низьких частотах.

Фіг. 7Ί4. Трансформатор без сталевого сердечника для установки високочастотного нагріву.

I – первинна обмотка трансформатора з дев’яти витків мідної трубки, охлаждаемой водою; II – вторинна обмотка з одного витка листової міді.

До трансформатора підключений одновитковая нагрівальний індуктор, всередині якого знаходиться сталеве виріб, нагреваемое під поверхневу загартування. Подібні повітряні трансформатори застосовуються для струмів з частотою від декількох десятків до сотень тисяч герц.

Аналіз на максимум і мінімум показує, що для різних умов роботи існують свої оптимальні числа витків обмотки, своя оптимальна висота трансфог матора Н і його оптимальний діаметр 2у.

приймають, що опір провідника залежить від його периметра, високочастотні струми проходять лише в тонкому поверхневому шарі металу.

При низьких частотах сталевий сердечник покращує передачу енергії між котушками. Витягнеш сердечнік- трансформатор згорить. А при високих частотах, навпаки, сталевий сердечник викликає збільшення втрат. Введеш в трансформатор сердечник – і він почне перегріватися. А без сердечника трансформатор працює нормально.

У кожній області частот по-своєму складають рівняння для пошуків оптимуму, і оптимуми ці виходять зовсім різні.

Приватні максимуми і максимум максімсрум

На фіг. 7-15 показано живлення навантаження через Т-подібну схему, в якій кожне плече складається з ємності і індуктивності. Кожне плече представляє для змінного струму деякий реактивний опір х.

Якщо напруга генератора і опір навантаження незмінні, то струм через навантаження можна змінювати, змінюючи величину опорів х \ і х2. Наприклад, індуктивності плечей можуть бути постійними, а конденсатори Ci і С2 змінними.

Зміна ємностей цих конденсаторів іноді називають налаштуванням схеми. Залишимо одне з плечей, скажімо, Х \, незмінним, а реактивний опір другого плеча будемо міняти. При деякому значенні ДГ2 струм через навантаження – найбільший. Це називається резонансом. Але якщо тепер задати перше плечу нове значення Х \ і, залишивши його незмінним, знову міняти друге плече, то найбільший струм вийде при якомусь новому значенні хч ‘· І величина цього струму буде інша, ніж у першому випадку. Так можна задати перший плечу ряд значень і для кожного такого значення знімати залежність струму навантаження від опору другого плеча. Вийде ряд резонансних кривих.

Можна знімати резонансні криві і по-іншому. Залишати незмінним друге плече х2, А міняти величину першого плеча.

Таким чином, вийде безліч «найбільших струмів». Один з них буде найбільший, він відповідає якомусь певному поєднанню Х \ і лг2· Це

Фіг. 7-15. Схема передачі енергії через ланцюг з великою реактивною потужністю.

значення струму максимальне з максимальних, його так і називають: максимум максіморум. Налаштування на це значення струму називається повним резонансом. Всі інші максимуми струму – це приватні максимуми і настройка на них – це приватний резонанс.

Відшукуючи найбільш міцний кабель, ми міняли тільки одну величину – діаметр внутрішньої жили кабелю. Це була система з одним ступенем свободи. Вона описувалася рівнянням з однієї незалежної змінної.

У схемі фіг. 7-15 два незалежних змінних Х \ і * 2. Це схема з двома ступенями свободи.

Гірська країна

Коли яка-небудь величина залежить від двох змінних, то цю залежність можна представити у вигляді деякої поверхні. Так і залежність струму навантаження від двох опорів плечей Т-подібної схеми можна представити у вигляді моделі якоюсь складною поверхні (з дерева, глини).

Щоб зобразити цю складну криволінійну поверхню на кресленні, часто вдаються до способу, прийнятому в топографії. Точки однакової висоти з’єднують лініями, званими горизонталями. Горизонталі проводяться через певні інтервали висоти. Якщо потім все горизонталі знести на одну площину, то вийде система кривих. На кожній позначена відповідна їй висота. У середній школі ми привчаємося представляти рельєф місцевості по подібним кресленнями.

Фіг. 7- / 6. Залежність сили струму через навантаження від реактивного опору первинного і вторинного контурів.

Горизонтальна лінія, проведена через середину креслення – вісь, на якій відкладені значення реактивного опору вторинного контуру ха. Вправо від точки О ці значення позитивні, вліво – негативні. Вертикальна лінія через середину креслення – вісь для реактивного опору первинного контуру хх.

Кожній ком5інаціі опорів хх і хя відповідає своє значення сили струму. На кресленні точки рівної сили струму з’єднані лініями. На кожній такій кривої лінії поставлена ​​цифра, показ вающая силу струму в відносних одиницях.

На двох вершинах А І Б сила струму через навантаження найбільша (Ю одиниць). Будь-яка зміна первинного чи вторинного індуктивного опору хх або .р, поблизу цих вершин визьвает ослаблення струму.

Густота горизонталей висловлює крутизну скатів. Ями і вершини оточені замкнутими горизонталями. Улоговини і мисовідние виступи характеризуються западинами і виступами на горизонталях. Між окремих вершин знаходяться сідловини. Тут сходиться кілька замкнутих горизонталей.

Чим густіше проведені горизонталі, тим повніше і. наочніше вони висловлюють рельєф. Подібним методом відображена на фіг. 7-16 залежність струму навантаження від реактивного опору первинного і вторинного контурів у схемі фіг. 7-15. Узятий чисельний приклад, коли опір генератора прийнято за одиницю, опір навантаження в два рази більше, а опір зв’язку х(В’язі дорівнює трьом.

У представленій на фіг. 7-16 місцевості може пролягати безліч маршрутів. Якщо стати в точці .Vi = 0 і х2 = 0, то будь-який рух по осі Х \ або х2 дасть зменшення струму, однак якщо рухатися навскіс, особливо в напрямку до вершин А чи Б, то струм через навантаження збільшується. При подібному маршруті * ι і х2 змінюються одночасно. Так може бути, наприклад, коли всі ємності й індуктивності в схемі залишаються незмінними, а змінюється частота живлячої генератора.

Задавши, наприклад, xt яке-небудь постійне значення і змінюючи х2, Ми перетнемо місцевість, залишаючись весь час на одній «широті». При деякому значенні х2 досягнемо більш високої точки. По обидві сторони від неї буде спуск. Це і буде приватний резонанс.

По черзі налаштовуючись на приватні резонанси, можна наблизитися, поступово міняючи то Х \, то х2, До вершини А чи вершині Б.

Рельєф місцевості залежить від співвідношення активних і реактивних опорів у схемі. Чим більше опір зв’язку в порівнянні з середнім геометричним активних опорів первинного і вторинного контурів, тим далі розсуваються вершини, відповідні «максимумів максіморум» і тим крутіше скати вершин. У нашому прикладі, А

= 1,4. При зменшенні ж різниці обидві вершини зближуються і привони зливаються в одну розташовану в центрі. Це критична зв’язок.

На фіг. 7-17 показано три моделі (кожна знята для наочності у двох видах) для струму через навантаження при різних співвідношеннях в схемі. На цих моделях в якості «широти» і «довготи» взяті не значення реактивних опорів плечей, а відношення власних довжин хвиль первинного і вторинного контурів до довжини хвилі, що виробляється годує генератором. Це відношення назад відношенню частот:

Через ці моделі можна провести січні площині, перпендикулярні основи. На цих перетинах вийдуть різноманітні резонансні криві. Якщо, наприклад, все опору ємності й індуктивності

Фіг. 7-17. Просторові моделі ГЗК навантаження ‘в електричному ланцюзі з двома ступенями свободи.

Вгорі (а і Ь) критична зв’язок.

Посередині (с і d) – зв’язок більше, ніж критична. Обидва контури-первинний і

Фаг. 7-18, Перетини просторової моделі струму вторинного контура.

Первинний і вторинний контури мають однакове затухання. Зв’язок вище критичної.

Залежно від напрямку площини перетину виходять криві різного профілю.

Дві веошіни найбільших максимумів струму лежать над бісектрисою кута площини ■. Розтин, проведений через цю бісектрису, дає обрис дво Горб кривої. Інші площини перетину дають одногорбі криві або криві з горизонтальною частиною великої протяжності – плоскогір’я.

схеми залишаються незмінними, а змінюється частота подводимого струму, то січну площину треба провести через точку, відповідну л, і л3 і через початок координат (току 0,0).

При сильному зв’язку виходять двогорбі резонансні криві. При критичною і слабкою зв’язку виходить одногорбих резонансна крива, подібна кривої одиночного коливального контуру (фіг. 7-18).

У схемі 7-15 два ступені свободи. Часто доводиться поєднувати більше число ланок. Фільтр може являти собою систему з трьома, чотирма і більше ступенями свободи.

Щоб геометрично представити систему з трьома незалежними змінними, з трьома ступенями свободи, необхідно вже чотиривимірний простір. Або ж для однієї системи треба будувати цілий ряд тривимірних

Моделей. Величезні труднощі стоять на шляху аналізу систем з багатьма ступенями свободи.

Але у всіх випадках найважче – це не аналіз вже сформульованої залежності. Найважче ставити питання, бо це означає вудити рибу в океані; легше давати відповіді. У правильно поставленому питанні вже таїться відповідь.

Коли інженер приступає до пошуків кращого, найвідповідальніший момент – це складання рівнянь. Якщо він правильно визначив, в якому краю, в якій країні, в якій її області виробляти пошуки, то далі побудувати точні карти всіх вершин і ущелин справа тільки часу і терпіння.

Джерело: Електрика працює Г.І.Бабат 1950-600M