Перевезення зернової суміші

Уявіть, що з одного складу в інший потрібно постійно перевозити багато сортів різних зерен; ну, скажімо, наприклад: горох, квасоля, жито, пшеницю, мак. *. І ось, якийсь винахідник для економії тари та зменшення транспортних витрат пропонує: не возити кожен сорт окремо, а прокласти між складами одну трубу і сипати крізь неї навалом все зерна без розбору. На місці ж призначення сортувати вийшла суміш, пропускаючи її крізь сита. Через найдрібніше пройдуть тільки макові зерна, квасоля залишиться на ситі з самими великими отворами і т. Д.

Сумнівно, щоб така «раціоналізація транспорту» мала успіх.

А в електротехніці для далекого телефонного і телеграфного зв’язку часто надходять саме таким дивним чином.

Між двома містами прокладають одну двухпроводную лінію зв’язку. З кожного кінця до цієї лінії приєднують по кілька десятків телефонних апаратів. В лінію надсилається суміш з різних електричних струмів. Ця суміш проходить всю лінію. А на обох кінцях лінії стоять «електричні сита» – фільтри, які чітко розділяють найзаплутанішу суміш струмів, сортують ці струми, направляють кожен сорт в свій телефонний апарат.

Навіщо змішують електричні струми

Дротова лінія електричного зв’язку коштує дорого. Щоб дати зв’язок між двома пунктами, віддаленими один від одного на 100 км, знадобилося б витратити одній тільки залізного дроту більше 10 м А крім дроту для побудови такої лінії необхідно ще кілька тисяч стовпів, ізоляторів і всяких інших матеріалів. Кабельна лінія коштує ще дорожче, ніж повітряна, і прокладати її важче.

Вага і вартість однієї тільки дроту В ЛІНІЇ зв’язку в багато разів перевищують вагу і вартість двох телефонних апаратів, включених у її кінців. Дротова лінія – найдорожче і громіздке ланка в ланцюзі зв’язку.

Зв’язок кожної пари кореспондентів між собою називають «к а н а л о м». Коли кілька кореспондентських пар зв’язуються по одній загальній лінії – зв’язок називається багатоканальної.

У 1880 р російський військовий зв’язківець капітан Ігнатьєв вперше передав по одній лінії одночасно телеграму і телефонну розмову. Це була двоканальна зв’язок. В даний час на одну провідну лінію вдається накласти кілька десятків і навіть сотень каналів.

У дротяної зв’язку накладення багатьох каналів на одну лінію дуже вигідно. Чим більше пар кореспондентів можуть говорити по загальній лінії, не заважаючи один одному, тим дешевше обходиться Визискування кожного каналу зв’язку.

Для радіозв’язку дроти не потрібні, лінія тут дармова. Але в радіозв’язку часто застосовуються проміжні релейні станції. На них сигнали ретранслюються, т. Е. Посилюються і передаються далі. Для радіорелейних ліній вигідніше застосовувати багатоканальну зв’язок, будувати релейні станції для одночасної ретрансляції багатьох передач, ніж застосовувати відповідне число одноканальних радіоліній.

«Канал» – це не тільки телефонну розмову або телеграфна передача. Канали потрібні і для всяких дру * гих повідомлень. Існують автоматичні електричні станції та підстанції. Всі перемикання на них виробляються з далека з центрального диспетчерського пункту. Щоб управляти вимикачами, потрібен окремий канал, щоб передавати показання вимірювальних приладів на центральний пункт, також потрібні окремі канали.

Повітряні лінії далеких високовольтних електропередач – це три або шість проводів, підвішених на гірляндах фарфорових ізоляторів до високих щоглах. Десятки тисяч кіловат течуть уздовж цих проводів від районних електростанцій до міст, до споживачів. Багато хто вважає, що більше нічого по цих проводах і на передається, тільки енергія струму з частотою 50 гц.

А насправді ці ж дроту використовуються для створення ще багатьох каналів зв’язку. По високовольтних лініях проходять розмови диспетчерів енергосистем. За цим же високовольтних лініях передаються на десятки кілометрів показання вимірювальних приладів, передаються сигнали для дальнеуправленія вимикачами і генераторами. Суміш найрізноманітніших струмів циркулює в лініях дальніх високовольтних електропередач. І на кінцевих пунктах ці струми поділяються один від іншого і кожен прямує в своє окреме русло.

У високочастотному транспорті по одній і тій же лінії живлення циркулюють струми робочих частот і сигнали автоматичного управління сплячими і дрімаючими безконтактними мережами.

За якими ознаками розділяти струми

Зерна можна розбирати по різному, за формою, за питомою вагою; за яким же ознакою розділяти електричні струми? За силою, за напрямком, за часом, за фазами імпульсів? ..

Відомо безліч способів поділу, або, як прийнято говорити, селекції електричних струмів, але майже немає такої галузі електротехніки, в якій не доводилося б сортувати, фільтрувати струми по частоті.

У яких випадках струми треба фільтрувати?

У сучасній електротехніці застосовується безліч пристроїв, які перетворюють струми одних частот в струми інших частот. При всіх таких перетвореннях доводиться фільтрувати суміші струмів, направляти ток кожної частоти в своє русло.

У лампових генераторах для радіопередавачів, для нагріву стали під загартування, розм’якшення пластмас і для багатьох інших цілей, високочастотний струм виходить із струму низькочастотного або з постійного.

У цьому прикладі з коливань з великим періодом, з повільних коливань, отримують коливання з малим періодом – швидкі коливання. З струму з частотою 50 гц отримують струми з частотою багато мільйонів герц. Генераторні лампи дроблять постійний або низькочастотний струм на окремі швидкі імпульси.

У лампових генераторах доводиться фільтрувати і розділяти те / ки різних частот і постійний струм, подібно до того, як на млинах просівають на ситах подрібнені, мелені зерна, щоб відокремити борошно від крупи, отвеять висівки. Кожну складову необхідно направити на своє місце.

Часто в техніці не дроблять, а, навпаки, укрупнюють. Для доменних печей агломеруються пиловидну руду, спекают її, отримують з дрібниці великі шматки. З крупнокусковой рудою краще йде металургійний процес. Після агломерації пил відсіюють від спечених шматків на ситах.

Для електричної тяги з струму з частотою 50 гц виробляють струм з ще більшим періодом, знижують частоту струму.

Існують магістральні електричні дороги, на яких застосовується струм з частотою, в три рази нижчою, ніж частота струму в наших освітлювальних мережах, там застосовується струм з частотою 162/ З Щ. Для живлення контактних мереж метрополітену, трамваїв, тролейбусів застосовують постійний струм (струм нульової частоти, ток з нескінченно великим періодом).

На тягових підстанціях електричних доріг стоять ртутні перетворювачі, які складають, підсумовують окремі напівхвилі змінного струму. У цій сумі виходить багато дрібних залишків змінного струму – Вищих гармонійних або просто гармонік, як їх називають.

У контактної мережі електричних доріг ці гармоніки можуть створити перешкоди. Тому всі гармоніки треба відфільтрувати, не пустити їх в контактну мережу.

Є ще багато випадків, коли застосовуються ч астотние фільтри. Частотні фільтри – важливий елемент в сучасній електротехніці.

Сита часті й сита великі

Просіяти зерна на ситах можна по-різному: або збирати те, що провалюється крізь сито-весь дріб’язок, або збирати те, що на ситі залишається – все велике. В електричних фільтрах існують дві різні групи схем: – одні називаються фільтрами ви сокіх частот. Вони затримують постійний струм і струми низьких частот, а вільно пропускають швидко змінюються струми – високочастотні струми. Чим вище ча стоги струму, тим легше він проходить через фільтр високих частот.

Другий тип фільтрів – фільтри низьких частот. Вони, навпаки, пропускають повільно мінливі струми, струми низьких частот, і тим легше, ніж частота струму нижче. Високі частоти, швидко змінюються струми цими фільтрами затримуються.

Коли суміш зерен для розсівання пропускається через два, одне за іншим розташованих сита-перша більш велике, друге більш дрібне, то можна виділити з суміші такі зерна, які через велике сито провалюються, а на дрібному залишаються. Комбінація з двох сит здатна очистити зерна даного нас розміру як від більш великих, так і від більш дрібних частинок. Така комбінація сит виділяє один сорт зерен.

І електричні фільтри можуть бути так влаштовані, щоб виділяти струми певної смуги частот.

Але виділяти якусь смугу частот можна по-різному: можна так включити фільтр, щоб він відкидав із суміші струмів і занадто високі частоти, і занадто низькі, а пропускав би через себе тільки вузьку задану смугу частот. Такі фільтри називаються смуговими. Але можна і по-іншому включити фільтр, а саме так, щоб він пропускав і низькі і високі частоти, а відкидав із суміші струмів тільки одну певну групу частот.

Такі фільтри називаються пробками (іноді їх називають режекторного, що в перекладі означає відкидають, заграждающие).

Такі чотири основні різновиди електричних фільтрів, але існують ще різні їх комбінації. Складні фільтри застосовуються в далекій многокабельной зв’язку, в радіолокаційних установках.

Для характеристики суміші частинок різних; розмірів застосовують термін гранулометричний склад (гранула – по-латині зерно). Щебінь для виготовлення бетону хорошої якості повинен містити певний відсоток більш великих і певний відсоток більш дрібних частинок. Щебінь, кажуть, повинен мати певний гранулометричний склад. Сита можна визначити як пристрої, що змінюють гранулометрический склад в необхідному напрямку.

Суміш струмів різних частот характеризується спектральним складом, спектральної кривої. Саме загальне визначення електричного фільтра – це буде: пристрій, що міняє спектральний склад суміші струмів.

Механічні фільтри для комфорту

Залишимо на час аналогією з сортуванням зерен на ситах, займемося докладніше коливаннями, бо нас цікавить розділення різних коливань, а не часток.

По бруківці мчить автомобіль. Колеса підстрибують на кожній нерівності дороги, але ці коливання в дуже ослабленому вигляді передаються кузова автомобіля. Підвіска автомобіля «фільтрує» ці коливання. Повільні зміни положення колеса передаються повністю кузову. А короткі поштовхи, швидкі коливання, до кузова не доходять – «грузнуть» в підвісці.

Фіг. 6-1, Приклади акустичних фільтрів низьких частот. Вони складаються з ряду розташованих один за одним камер.

Фіг. 6-2. Поздовжній розріз автомобільного глушника і схема еквівалентного глушника електричного фільтра низьких частот.

Підвіска автомобіля – це фільтр для механічних коливань, точніше кажучи, механічний фільтр низьких частот. Чим більше частота коливань автомобільного колеса, тим менша частка енергії цих коливань доходить до кузова автомобіля.

Підвіска будь вози, по суті, повинна бути фільтром низьких частот, який включений між колесами і кузовом. Але ступінь фільтрації буває різною. У возі вона не настільки висока, як у хорошому легковому автомобілі.

Існують фільтри і для механічних звукових коливань. Їх називають акустичні фільтри (фіг. 6-1). Приклад акустичного фільтра низьких частот – глушник автомобіля (фіг. 6-2). Він згладжує окремі поштовхи вихлопних газів, пропускає плавну струмінь.

Ще механічні фільтри

Надавите плавно голку звукознімача (адаптера) патефона. Це тиск не відтвориться стовпом повітря в рупорі патефона і патефон мовчить. Але коли голка ковзає по звивистій бороздке пластинки, коливання голки передаються мембрані, а від мембрани повітрю. У цьому прикладі звуковідтворююча система патефона поводиться як фільтр високих частот. Але якщо частота звуку, записаного на платівці, занадто висока, то відтворення нею також послаблюється. Правильніше сказати, що звуковідтворююча система патефона – це смуговий фільтр. Вона не пропускає як дуже низькі, так і дуже високі частоти. Чим ширше смуга пропускання патефона, тим краще, тим природніше і натуральніше буде відтворення звуку. Хороший патефон повинен пропускати смугу частот від 300 до 3000 гц.

Анатомія фільтрів

Всякий фільтр для механічних коливань складається з інертних мас і елементів пружності. Або, висловлюючись більш грубо, – з гир і пружин. Іноді ці складові одразу чітко видно: в автомобілі важка інертна маса кузова покоїться на гнучкою, піддатливою ресорі.

У патефон звукознімачі важче виділити «гирі» і «пружини». Ці елементи там дуже малі. Не так легко простежити в звукознімачі, як включені між собою ці окремі елементи. Вивчають експериментально пропускання різних частот через звукознімач, і на цій підставі вже складають еквівалентну схему. Тоді можна передбачити, як зміниться пропускання частот, якщо змінити конструкцію.

Гиря, укріплена на пружині, здатна здійснювати коливання.

Гирю на пружині називають коливальною системою. У цій книжці ми її вже обговорювали не раз. Досить штовхнути коливальну систему один раз, і вона деякий час буде сама гойдатися.

Частота, з якою ці коливання відбуваються, називається власної або резонансною частотою.

Гиря на пружині може діяти і як фільтр низьких, і як фільтр високих частот. Це залежить від того, куди прикладена зовнішня сила, як вона діє на гирю і пружину. Але в обох випадках важливе значення має резонансна частота. Фільтр високих частот добре пропускає коливання більш швидкі, ніж резонансні, а фільтр низьких частот, навпаки, коливання більш повільні, ніж резонансні.

Фільтр для електричних коливань складається з самоіндукції і ємностей. В електромеханічних аналогіях самоіндуктівності відповідають гірям, ємності – пружинам, ресорам.

Залежно від того, як ці ємності і самоіндукції скомбіновані і включені, виходять Електричні фільтри високих або низьких частот, смугові або режекторние фільтри.

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