Efecte de circuit

Regulació de velocitat d'un cilindre de simple efecte (Mai 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Efecte de circuit

Capitolul 7 - Semnale AC de frecvență mixtă


Principiul formelor de undă non-sinusoidale, care sunt echivalente cu o serie de unde sinusoidale la frecvențe diferite, este o proprietate fundamentală a valurilor în general și are importanță practică în studiul circuitelor AC. Înseamnă că oricând avem o formă de undă care nu este perfect sinusoidal, circuitul în cauză va reacționa ca și cum ar avea o serie de tensiuni de frecvență diferite impuse imediat.

Atunci când un circuit de curent alternativ este supus unei tensiuni sursă constând dintr-un amestec de frecvențe, componentele din acel circuit răspund la fiecare frecvență constituent într-un mod diferit. Orice componentă reactivă, cum ar fi un condensator sau un inductor, va prezenta simultan o cantitate unică de impedanță pentru fiecare frecvență prezentă într-un circuit. Din fericire, analiza unor astfel de circuite se face relativ ușor prin aplicarea teoremei superpozitive, în ceea ce privește sursa de frecvență multiplă ca un set de surse de tensiune de o singură frecvență conectate în serie și analizând circuitul pentru o singură sursă la un moment dat, însumând rezultatele la final pentru a determina totalul total:

Circuit acționat de o combinație de frecvențe: 60 Hz și 90 Hz.

Circuitul de analiză numai pentru sursa de 60 Hz:

Circuit pentru rezolvarea a 60 Hz.

Analizând circuitul numai pentru sursa de 90 Hz:

Circuit de rezolvare 90 Hz.

Suprapunând căderile de tensiune pe R și C, obținem:

Deoarece cele două tensiuni din fiecare componentă se află la frecvențe diferite, nu le putem consolida într-o singură fracție de tensiune, așa cum am putea, dacă am adunat împreună două tensiuni cu diferite amplitudine și / sau unghi de fază la aceeași frecvență. Notarea numerelor complexe ne dă posibilitatea de a reprezenta amplitudinea formei de undă (magnitudinea polară) și unghiul de fază (unghiul polar), dar nu frecvența.

Ceea ce putem spune din această aplicație a teoremei superpoziției este că va exista o tensiune mai mare de 60 Hz scăzută peste condensator decât o tensiune de 90 Hz. Doar opusul este valabil pentru căderea de tensiune a rezistenței. Acest lucru este demn de remarcat, mai ales în lumina faptului că cele două tensiuni sursă sunt egale. Acesta este un fel de răspuns inegal al circuitului la semnale de frecvență diferită, care vor fi în mod special în capitolul următor.

De asemenea, putem aplica teorema superpoziției la analiza unui circuit alimentat de o tensiune non-sinusoidală, cum ar fi un val pătrat. Dacă cunoaștem seriile Fourier (echivalentul unui val sinus / cosinus multiplu) al acelui val, îl putem considera ca provenind dintr-un șir conectat în serie de surse de tensiune sinusoidală multiple la amplitudinile, frecvențele și schimbările de fază corespunzătoare. Este inutil să spunem că aceasta poate fi o sarcină laborioasă pentru unele forme de undă (o serie Fourier cu o undă pătrată precisă este considerată a fi exprimată până la cea de-a nouă armonică sau cinci valuri sinusoidale în toate!), Dar este posibil. Menționez acest lucru pentru a nu vă speria, ci pentru a vă informa despre complexitatea potențială care se află în spatele unor forme de undă aparent simple. Un circuit din viața reală va răspunde la fel ca să fie alimentat de un val pătrat ca fiind alimentat de o serie infinită de unde sinusoidale de frecvențe ciudate și de amplitudini diminuate. Se știe că acest lucru se traduce în rezonanțe neașteptate ale circuitelor, supraîncălzirea miezului transformatorului și a inductorului datorată curenților turbionari, zgomotului electromagnetic pe intervale largi ale spectrului de frecvențe și altele asemenea. Tehnicienii și inginerii trebuie să fie conștienți de efectele potențiale ale formelor de undă non-sinusoidale în circuitele reactive.

Armonicii sunt cunoscuți pentru a-și manifesta efectele sub formă de radiații electromagnetice. Au fost realizate studii privind pericolele potențiale ale utilizării computerelor portabile la bordul avioanelor de pasageri, menționând faptul că semnalele de tensiune "de ceas" cu frecvență înaltă a calculatoarelor "sunt capabile să genereze undă radio care ar putea interfera cu funcționarea echipamentului electronic de navigație al aeronavei . Este suficient de rău ca frecvențele tipice ale semnalului de ceas microprocesor să se încadreze în benzile de frecvențe radio ale aeronavelor, dar mai rău este faptul că multiplii armonici ai acelor frecvențe fundamentale se întind pe o rază mai mare, datorită faptului că tensiunile semnalului de ceas sunt pătrat- val în formă și nu sine-val.

Emisiile electromagnetice de această natură pot fi o problemă și în aplicațiile industriale, cu armonici care abundă în cantități foarte mari datorită controlului electronic (neliniar) al puterii motorului și al cuptorului electric. Frecvența liniilor de putere fundamentale poate fi de numai 60 Hz, dar acele multipli de frecvență armonică se extind teoretic în intervale de frecvență infinit de mari. Tensiunea și curentul liniei electrice de joasă frecvență nu radiază în spațiu foarte bine ca energia electromagnetică, dar fac frecvențe înalte.

De asemenea, "cuplarea" capacitivă și inductivă cauzată de conductorii de proximitate este de obicei mai severă la frecvențe înalte. Semnalul de cabluri din apropiere va avea tendința de a "ridica" interferențele armonice de la cablajul electric într-o măsură mult mai mare decât interferența pur sinusoidală. Această problemă se poate manifesta în industrie atunci când comenzile vechi ale motorului sunt înlocuite cu noi controale electronice cu motor solid, care asigură o eficiență energetică mai mare. Dintr-o data, poate exista un zgomot electric ciudat care este impresionat de cablurile de semnal care nu au existat niciodata, deoarece vechile comenzi nu au generat niciodata armonici, iar tensiunile si curentii armonici de inalta frecventa au tendinta de a se "cupla" inductiv si capacitiv mai bine la conductorii din apropiere Semnalele de 60 Hz de la vechile comenzi folosite pentru.

  • REVIZUIRE:
  • Orice formă de undă obișnuită (repetată), non-sinusoidală, este echivalentă cu o anumită serie de unde sinusoidale / cosinus de diferite frecvențe, faze și amplitudini, plus o tensiune de decalare DC dacă este necesar. Procesul matematic pentru determinarea echivalentului formei de undă sinusoidale pentru orice formă de undă se numește analiză Fourier .
  • Sursele de tensiune cu mai multe frecvențe pot fi simulate pentru analiză prin conectarea mai multor surse de tensiune cu o singură frecvență în serie. Analiza tensiunilor și a curenților se realizează prin utilizarea teoremei superpoziției. NOTĂ: tensiunile suprapuse și curenții de frecvențe diferite nu pot fi adăugați împreună în formă complexă de cifre, deoarece numerele complexe reprezintă doar amplitudinea și schimbarea de fază, nu frecvența!
  • Armonicile pot provoca probleme prin impresionarea semnalelor de tensiune nedorite ("zgomot") la circuitele din apropiere. Aceste semnale nedorite pot veni prin cuplajul capacitiv, cuplarea inductivă, radiația electromagnetică sau o combinație a acestora.