RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Принцип работы автогенератора


устройство и принцип работы, напряжение и мощность

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Принцип работы автомобильного генератора, схема

Генератор — один из главных элементов электрооборудования автомобиля, обеспечивающий одновременное питание потребителей и подзаряд аккумуляторной батареи.

Принцип действия устройства построен на превращении механической энергии, которая поступает от мотора, в напряжение.

В комплексе с регулятором напряжения узел называется генераторной установкой.

В современных автомобилях предусмотрен агрегат переменного тока, в полной мере удовлетворяющий всем заявленным требованиям.

Устройство генератора

Элементы источника переменного тока спрятаны в одном корпусе, который также является основой для статорной обмотки.

В процессе изготовления кожуха применяются легкие сплавы (чаще всего алюминия и дюрали), а для охлаждения предусмотрены отверстия, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.

В передней и задней части кожуха предусмотрены подшипники, к которым и крепится ротор — главный элемент источника питания.

В кожухе помещаются почти все элементы устройства. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и с правой стороны — около приводного вала и контрольных колец соответственно.

Две крышки объединяются между собой с помощью специальных болтов, изготовленных из алюминиевого сплава. Этот металл отличается незначительной массой и способностью рассеивать тепло.

Не менее важную роль играет щеточный узел, передающий напряжение на контактные кольца и обеспечивающий работу узла.

Изделие состоит из пары графитных щеток, двух пружин и щеткодержателя.

Также уделим внимание элементам, расположенным внутри кожуха:

Какие требования предъявляются к автомобильному генератору?

К генераторной установке автомобиля выдвигается ряд требований:

При этом каждый автовладелец должен особое внимание уделять уровню и стабильности напряжения на выходе. Это требование вызвано тем, что аккумулятор чувствителен к подобным изменениям.

Например, в случае снижения напряжения ниже нормы АКБ не заряжается до необходимого уровня. В итоге возможны проблемы в процессе пуска мотора.

В обратной ситуации, когда установка выдает повышенное напряжение, аккумулятор перезаряжается и быстрее ломается.

Полезно почитать: Взорвался аккумулятор, причины и что делать.

Принцип работы автомобильного генератора, особенности схемы

Принцип действия генераторного узла построен на эффекте электромагнитной индукции.

В случае прохождения магнитного потока через катушку и его изменения, на выводах появляется и меняется напряжение (в зависимости от скорости изменения потока). Аналогичным образом работает и обратный процесс.

Так, для получения магнитного потока требуется подать на катушку напряжение.

Выходит, что для создания переменного напряжения требуются две составляющие:

Не менее важным элементом, как отмечалось выше, является ротор, выступающий в роли источника магнитного поля.

У полюсной системы узла присутствует остаточный магнитный поток (даже при отсутствии тока в обмотке).

Этот параметр небольшой, поэтому способен вызвать самовозбуждение только на повышенных оборотах. По этой причине по обмотке ротора пропускают сначала небольшой ток, обеспечивающий намагничивание устройства.

Упомянутая выше цепочка подразумевает прохождение тока от АКБ через лампочку контроля.

Главный параметр здесь — сила тока, которая быть в пределах нормы. Если ток будет завышенным, аккумулятор быстро разрядится, а если заниженным — возрастет риск возбуждения генератора на ХХ мотора (холостых оборотах).

С учетом этих параметров подбирается и мощность лампочки, которая должна составлять 2-3 Вт.

Как только напряжение достигает требуемого параметра, лампочка гаснет, а обмотки возбуждения питаются от самого автомобильного генератора. При этом источник питания переходит в режим самовозбуждения.

Снятие напряжения производится со статорной обмотки, которая выполнена в трехфазном исполнении.

Узел состоит 3-х индивидуальных (фазных) обмоток, намотанных по определенному принципу на магнитопроводе.

Токи и напряжения в обмотках смещены между собой на 120 градусов. При этом сами обмотки могут собираться в двух вариантах — «звездой» или «треугольником».

Если выбрана схема «треугольник», фазные токи в 3-х отмотках будут в 1,73 раза меньше, чем общий ток, отдаваемый генераторной установкой.

Вот почему в автомобильных генераторах большой мощности чаще всего применяется схема «треугольника».

Это как раз объясняется меньшими токами, благодаря которым удается намотать обмотку проводом меньшего сечения.

Такой же провод можно использовать и в соединениях типа «звезда».

Чтобы созданный магнитный поток шел по назначению, и направлялся к статорной обмотке, катушки находятся в специальных пазах магнитопровода.

Из-за появления магнитного поля в обмотках и в статорном магнитопроводе, появляются вихревые токи.

Действие последних приводит к нагреву статора и снижению мощности генератора. Для уменьшения этого эффекта при изготовлении магнитопровода применяются стальные пластины.

Выработанное напряжение поступает в бортовую сеть через группу диодов (выпрямительный мост), о котором упоминалось выше.

После открытия диоды не создают сопротивления, и дают току беспрепятственно проходить в бортовую сеть.

Но при обратном напряжении I не пропускается. Фактически, остается только положительная полуволна.

Некоторые производители автомобилей для защиты электроники меняют диоды на стабилитроны.

Главной особенностью деталей является способность не пропускать ток до определенного параметра напряжения (25-30 Вольт).

После прохождения этого предела стабилитрон «пробивается» и пропускает обратный ток. При этом напряжение на «плюсовом» проводе генератора остается неизменным, что не несет риски для устройства.

К слову, способность стабилитрона поддерживать на выводах постоянное U даже после «пробоя» применяется в регуляторах.

В результате после прохождения диодного моста (стабилитронов) напряжение выпрямляется, становится постоянным.

У многих типов генераторных установок обмотка возбуждения имеет свой выпрямитель, собранный из 3-х диодов.

Благодаря такому подключению, протекание тока разряда от АКБ исключено.

Диоды, относящиеся к обмотке возбуждения, работают по аналогичному принципу и питают обмотку постоянным напряжением.

Здесь выпрямительное устройство состоит из шести диодов, три их которых являются отрицательными.

В процессе работы генератора ток возбуждения ниже параметра, который отдает автомобильный генератор.

Следовательно, для выпрямления тока на обмотке возбуждения достаточно диодов с номинальным током до двух Ампер.

Для сравнения силовые выпрямители имеют номинальный ток до 20-25 Ампер. Если требуется увеличить мощность генератора, ставится еще одно плечо с диодами.

Режимы работы

Чтобы разобраться в особенностях функционирования автомобильного генератора, важно понять особенности каждого из режимов:

Регулятор напряжения — функции, типы, контрольная лампа

Ключевым элементом генераторной установки является регулятор напряжения — устройство, поддерживающее безопасный уровень U на выходе статора.

Такие изделия бывают двух типов:

Не менее важный элемент — контрольная лампа, смонтированная на приборной панели, по которой можно делать вывод о наличии проблем с регулятором.

Зажигание лампочки в момент пуска мотора должно быть кратковременным. Если же она горит постоянно (когда генераторная установка в работе), это свидетельствует о поломке регулятора или самого узла, а также необходимости ремонта.

Тонкости крепления

Фиксация генераторной установки производится при помощи специального кронштейна и болтового соединения.

Сам узел крепится в передней части двигателя, благодаря специальным лапам и проушинам.

Если на автомобильном генераторе предусмотрены специальные лапы, последние находятся на крышках мотора.

В случае применения только одной фиксирующей лапы, последняя ставится только на передней крышке.

В лапе, установленной в задней части, как правило, предусмотрено отверстие с установленной в нем дистанционной втулкой.

Задача последней заключается в устранении зазора, созданного между упором и креплением.

Крепление генератора Audi A8.

А так агрегат крепиться на ВАЗ 21124.

Неисправности генератора и способы их устранения

Электрооборудование автомобиля имеет свойство ломаться. При этом наибольшие проблемы возникают с АКБ и генератором.

В случае выхода из строя любого из этих элементов эксплуатация ТС в нормальном режиме работы становится невозможной или же авто оказывается вовсе обездвиженным.

Все поломки генератора условно делятся на две категории:

Теперь рассмотрим список неисправностей и симптомы более подробно.

1. На выходе недостаточный уровень зарядного тока:

2. Вторая ситуация.

Когда автомобильный генератор выдает необходимый уровень тока, но АКБ все равно не заряжается.

Причины могут быть разными:

3. Генератор работает, но издает повышенный шум.

Вероятные неисправности:

Ремонт генератора автомобиля всегда должен начинаться с точной диагностики проблемы, после чего причина устраняется путем профилактических мер или замены вышедшего из строя узла.

Рекомендации по замене

Практика эксплуатации показывает, что поменять автомобильный генератор несложно, но для решения задачи требуется соблюдать ряд правил:

Учтите, что устройства, смонтированные на автомобилях зарубежного производства, фиксируются не так, как отечественного, к примеру, как на генератор TOYOTA COROLLA и Лада Гранта .Следовательно, если менять иностранный агрегат изделием отечественного производства, придется установить новое крепление.

Полезные советы в помощь

В завершение рассказа об автомобильных генераторах стоит выделить ряд советов, что необходимо, а чего нельзя делать автовладельцам в процессе эксплуатации.

Главный момент — установка, в процессе которой важно с предельным вниманием подойти к подключению полярности.

Если ошибиться в этом вопросе, выпрямительное устройство поломается и возрастает риск возгорания.

Аналогичную опасность несет и пуск двигателя при некорректно подключенных проводах.

Чтобы избежать проблем в процессе эксплуатации, стоит придерживаться ряда правил:

Отдельное внимание стоит уделить реле-регулятору, а также проверке напряжения на выходе источника питания. В режиме заряда этот параметр должен быть на уровне 13,9-14,5 Вольт.

Кроме того, время от времени проверяйте износ и достаточность усилия щеток генератора, состояние подшипников и контактных колец.

Высота щеток должна измеряться при демонтированном держателе. Если последний износился до 8-10 мм, требуется замена.

Что касается усилия пружин, удерживающих щетки, оно должно быть на уровне 4,2 Н (для ВАЗ). При этом осматривайте контактные кольца — на них не должно быть следов масла.

Также автовладелец должен запомнить и ряд запретов, а именно:

Зная особенности работы генератора, нюансы его конструкции, основные неисправности и тонкости ремонта, можно избежать многих проблем с проводкой и АКБ.

Помните, что генератор — сложный узел, требующий особого подхода к эксплуатации.

Важно постоянно следить за ним, своевременно проводить профилактические мероприятия и замену деталей (при наличии такой необходимости).

При таком подходе источник питания и сам автомобиль прослужат очень долго.

Принцип работы генератора автомобиля

Что такое автомобильный генератор - источник энергии, который в свою очередь в рабочем состоянии после пуска двигателя обеспечивает не только постоянную зарядку аккумулятора, но и снабжает электрической энергией все электрооборудование автомобиля. В случае неисправности данного устройства аккумулятор разрядиться в считанное время.

При запуске двигателя, работающего на светлых нефтепродуктах, будь то бензин или дизель, пусковой ток аккумулятора расходуется только на крутящий момент стартера. Далее вступает в работу электрический генератор автомобиля в режиме подзарядки батареи. В случае полной зарядки, величина выходного тока снижается до штатного уровня, необходимого для собственных нужд автомобиля.

Рисунок 1 – Автомобильный генератор

Если, после запуска непрогретого двигателя (к примеру, в зимнее время при отрицательных температурах), использовать световые приборы автомобиля, обогрев, включение обдува, включение света фар, то в этот момент потребление электроэнергии превышает вырабатываемый ток генератора на холостых оборотах мотора. В этом случае часть энергии будет компенсироваться током от аккумулятора - режим разрядки.

Принцип работы автомобильного генератора

В основу принципа работы автомобильного генератора положен закон электрической магнитной индукции. Поворотом ключа, установленного в замок зажигания производится подача питания - электрического токаот аккумулятора на обмотку возбуждения генератора. В последней в свою очередь производится наводка магнитного поля, что под воздействием электрической движущей силы - ЭДС приведет во вращение подвижную часть устройства, называемую ротором.

В конечном результате на выводных проводниках возникнет напряжение. И за счет специального устройства - выпрямительного блока, величина напряжения на выходе будет постоянной во времени. Данный блок выполняет важную роль - стабилизирует напряжение в тяжелых условиях эксплуатации и переменного числа оборотов мотора.

На рисунке 2 изображен классический регулятор напряжения автомобильного генератора. Если даже предположить выход из строя данной детали, то на выходной клемме будет напряжение напрямую зависеть от числа оборотов двигателя и достигать несколько десятков вольт. Этого будет достаточно для вывода из строя внешних осветительных ламп или другого оборудования приборной панели.

Рисунок 2 - Регулятор напряжения

Как работает автомобильный генератор

Приводной механизм автогенератора устроен так, что за счет ременной передачи от коленчатого вала происходит вращение ротора устройства. В разных модификациях автомобилей присутствуют различные способы привода: ручейковым ремнем либо поликлиновым.

Рабочее колесо - шкив генератора приводится во вращение посредством кинетической энергии, которая передается от работающего двигателя. Сердечник генератора, приведенный во вращение, порождает в обмотке статора электрическую движущую силу. В результате на выходной клемме автогенератора будет напряжение.

Устройство атомобильного генератора

Автомобильный генератор устроен из большого числа составляющих деталей, которые взаимосвязаны между собой в одном устройстве.

Абсолютно любой генератор, используемый в автомобилях, состоит из передней и задней крышек корпуса. Последняя, в свою очередь, стягивают неподвижную часть, называемую статором генератора.

Как правило, генераторы крепятся в передней части моторного отсека через отверстия в крышках устройства непосредственно к двигателю. Крышки изготавливаются из алюминиевого сплава в специальных отливочных формах и имеют вентиляционные отверстия, предназначенные для охлаждения генератора при его работе.

Рисунок 3 – Устройство автомобильного генератора

На корпусе крышке со стороны контактов выводов, как правило, устанавливается щеточный механизм, который собирается совместно со стабилизатором напряжения.

Статор собирается из тонкого стального проката толщиной до 1 мм. Есть варианты статоров, которые выполняются навивочным способом. Однако с целью экономии материала при изготовлении неподвижной части, он собирается из сегментов в виде подков.

Ротор генератора изготовлен из мягких марок сталей в случае работы его на шарикоподшипниковых опорах. По своей сути это электромагнит, который расположен на валу генератора. В случае применения роликовых подшипников вал изготавливается из легированной стали. На конце в месте посадочного места шкива выполнен на роторе специальный паз для надежного его крепления.

На рисунке 3 видно, что шкив генератора закручивается на резьбу вала ротора, в торцевой части которого имеется специально отфрезерованное под шестигранник отверстие. Данное отверстие предназначено для стопорения вала генератора в случае закручивания (отвинчивания) гайки крепления шкива.

Щеточный аппарат автогенератора - это графитно - медные контакты, которые прижимаются специальными пружинками к контактным кольцам.

Выпрямительный узел выполнен в форме диодного моста. Данный узел достаточно ответственный в генераторе и покрыт слоем изоляции для того, чтобы избежать короткого замыкания в результате случайно попавшей грязи, влаги или другого инородного дела в цепь аккумулятора. В данном случае возникает риск возникновения пожара и, к сожалению, такие случаи не редкость сегодня.

Подшипники генератора применяются простейшего типа, как правило, это шариковые и являются расходным материалом( как и щеточный аппарат), то есть с течением времени производят их замену. Устанавливаются на специальные посадочные места ротора в направлении по оси.

Охладитель генератора автомобиля выполнен традиционно воздухом (рисунок 4). Со стороны противоположной шкиву генератора на его вал установлен небольшой вентилятор, заключенный в кожух для защиты рабочего колеса.

Рисунок 4 - Вентилятор генератора

На сегодняшний день существует множество различных модификаций автомобильных генераторов. Большинство современных генераторов комплектуются электронными стабилизаторами напряжения с выдачей сигнала на панель водителя. Однако, в тех или иных случаях, принцип работы у всех моделей аналогичен вышеупомянутому.

Видео: как работает автомобильный генератор

Видео: генератор авто

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

принцип работы, устройство, схема подключения, назначение

Для питания бортовой сети транспортного средства предусмотрено два источника тока. И водителю очень важно разбираться в принципах работы автомобильного генератора, который наряду с аккумуляторной батареей, предназначен для обеспечения энергией электрооборудования машины.

К надёжности и стабильности устройств такого рода предъявляются жесткие требования.

В Российской Федерации производимое и используемое электрооборудование должно соответствовать ГОСТ Р 52230-2004. Документ устанавливает общие технические условия, которые распространяются и на стартерные аккумуляторы автомобилей. Упомянутый национальный стандарт полностью соответствует международным нормативам, что позволяет использовать на отечественных машинах компоненты иностранного производства.

На заре автомобилестроения и вплоть до 60-х годов прошлого века в бортовых сетях использовались генераторы постоянного тока — капризные и маломощные. С появлением полупроводниковых (селеновых и кремниевых) выпрямителей на машины стали ставить агрегаты переменного тока. Они втрое меньше по массе и при той же нагрузке обеспечивают более высокую стабильность выходного тока.

Для чего в автомобиле нужен генератор?

Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе – в частности, для:

Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи.

Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое-то время за счет аккумулятора. Продлить этот период можно, отключив все второстепенные потребители: вентилятор отопителя, кондиционер, аудиосистему. По исчерпании заряда батареи двигатель заглохнет.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Трехфазные электроагрегаты переменного тока, устанавливаемые на современных машинах, могут быть 2-х видов: стандартный и компактный. Общее устройство автомобильных генераторов 2-х видов одинаково - они состоят из следующих элементов:

Автомобильный генератор. Виды и устройство. Работа и особенности

Любой автомобиль имеет свою электрическую сеть, выполняющую несколько функций: запуск двигателя стартером, обеспечение стабильного образования разряда искр для воспламенения бензиновой смеси, звуковой и световой сигнализации, а также освещения и создания комфортных условий в салоне.

Для обеспечения электрической энергией потребителей автомобильной электрической сети предусмотрены два источника питания: генератор и аккумуляторная батарея, которая питает энергией бортовую сеть до момента запуска двигателя. Ее особенностью является неспособность выработки электрического тока, а только его удержания внутри себя, и отдачи потребителям при необходимости. Поэтому аккумуляторная батарея не сможет одна долго обеспечивать электроэнергией сеть автомобиля, так как быстро разрядится, отдав всю энергию. Чем чаще запускается двигатель, и используются мощные потребители тока, тем быстрее произойдет ее разряд.

Для восстановления заряда батареи и обеспечения электричеством остальных потребителей автомобиля применяется автомобильный генератор, который постоянно вырабатывает электроэнергию во время работы двигателя.

Виды автогенераторов
Существует два вида генераторов, применяемых на автомобилях:
  1. Генератор постоянного тока на современных автомобилях не используется. Для его работы не требуется выпрямление тока. Ранее применялся на автомобилях Победа, ГАЗ-51 и некоторых других марках, выпущенных до 1960 года.
  2. Генератор переменного тока широко применяется на автомобилях в настоящее время. Первые такие генераторы были разработаны в Америке в 1946 году. Это более надежная и современная конструкция. На выходе генератора встроен полупроводниковый выпрямитель.
Устройство и работа

Оба вида генераторов служат для выработки электрического тока, необходимого для эксплуатации автомобиля. Их устройство и принцип работы имеют отличительные особенности, так как они вырабатывают разные виды тока. Рассмотрим конструктивные особенности и принцип действия, которые имеет автомобильный генератор каждого вида.

Автомобильный генератор постоянного тока

 

Такой автомобильный генератор имеет много недостатков:

Аналогичные конструкции, включающие в себя коллектор, могут одновременно функционировать в режиме генератора или двигателя. В гибридных автомобилях они нашли широкое применение.

Их отличием от автогенераторов переменного тока является то, что создающие магнитное поле электромагниты абсолютно неподвижны. Электродвижущая сила находится во вращающихся обмотках ротора. Электрический ток снимается с полуколец, изолированных между собой. На каждой щетке имеется напряжение одной полярности.

Автомобильный генератор переменного тока

Это популярная модель современных автогенераторов. Любая конструкция автогенератора включает в себя обмотку, расположенную в неподвижном статоре, который зафиксирован между двумя крышками: задней и передней. Со стороны задней крышки находятся контактные кольца ротора. Со стороны передней крышки находится привод со шкивом. Автомобильный генератор расположен впереди двигателя и крепится с помощью болтового соединения на специальные кронштейны. Натяжная проушина и крепежные лапы расположены на крышках генератора.

Крышки генератора изготовлены литьем из алюминиевых сплавов. Они имеют окна для вентиляции корпуса генератора. В разных конструкциях такие окна могут выполняться как в торцевой части генератора, так и на цилиндрической части над обмотками статора.

На задней крышке закреплен щеточный узел, объединенный с регулятором напряжения, а также блок выпрямителя. Крышки генератора стягиваются длинными винтами, зажимая между собой корпус статора с обмотками.

Статор автогенератора состоит:

Статор изготавливается из листовой стали толщиной 1 мм. Для экономии металла конструкторы создали статор, состоящий из отдельных сегментов в виде подковы. Листы статора скреплены между собой в одну конструкцию с помощью заклепок или сварки. Все основные виды конструкций статора содержат 36 пазов, в которых находится обмотка. Пазы статора изолированы эпоксидным компаундом или специальной пленкой.

Ротор генератора состоит:

Автомобильный генератор имеет особенный вид системы полюсов ротора, состоящей из двух половин, имеющих выступы в виде клюва. На каждой половине имеется шесть полюсов, которые изготавливаются методом штамповки. Полюсные половины напрессовываются на вал. Между ними устанавливается втулка, на которой расположена обмотка возбуждения.Вал ротора обычно изготавливается из автоматной стали низкой твердости. Но при использовании роликового подшипника, который работает на конце вала со стороны задней крышки, вал изготавливают из твердой легированной стали, при этом цапфу вала подвергают закалке. Конец вала имеет резьбу, шпоночный паз для фиксации шкива.

В современных генераторах шпонка не применяется. Шкив фиксируется на валу усилием затяжки гайки. Для облегчения разборки на валу имеется шестигранный выступ для ключа, или углубление.

Щетки автогенератора расположены в щеточном узле и прижимаются к кольцам с помощью пружин.

Автомобильный генератор может оснащаться двумя типами щеток:
  1. Меднографитовые.
  2. Электрографитовые.

Второй тип обладает значительной потерей напряжения при контакте с кольцом. Это отрицательно влияет на выходные параметры генератора. Положительным моментом является длительный срок службы колец и щеток.

Узел выпрямления используется двух типов:
  1. Теплоотводящие пластины, в которые запрессованы силовые диоды выпрямителя.
  2. Конструкция с большими ребрами охлаждения, на которые припаиваются таблеточные диоды.

Вспомогательный выпрямитель включает в себя диоды в пластиковом корпусе формой в виде горошины или цилиндра, а также могут изготавливаться отдельным герметичным блоком, подключаемым к схеме специальными шинами.

Большую опасность для автогенератора может вызвать короткое замыкание теплоотводящих пластин положительного и отрицательного полюса. Это может произойти из-за случайного попадания металлического предмета или токопроводящей грязи. При этом в цепи аккумулятора возникает замыкание, которое может привести к пожару. Чтобы этого не произошло, многие токопроводящие элементы выпрямителя покрывают слоем изоляции.

В генераторе используются шариковые радиальные подшипники с заложенной в них разовой смазкой и уплотнением. Роликовые подшипники иногда применяются на импортных генераторах.

Охлаждение автогенератора происходит за счет закрепленных на валу лопастей вентилятора. Воздух засасывается в отверстия задней крышки. Существуют и другие способы охлаждения.

На автомобилях, у которых подкапотное пространство слишком плотное, и имеющее большую температуру, используют генераторы с особым кожухом, по которому отдельно поступает прохладный воздух для охлаждения.

Регулятор напряжения

Служит для поддержания напряжения автогенератора в необходимом диапазоне для нормальной работы электрооборудования автомобиля.

Такие регуляторы работают на основе полупроводниковых элементов. Их конструктивное исполнение может быть различным, но принцип их действия не отличается.

Регуляторы напряжения имеют свойство термокомпенсации. Это способность изменять величину напряжения в зависимости от температуры рабочего пространства для наилучшей зарядки аккумулятора. Чем прохладнее воздух, тем выше должно быть подводимое к аккумулятору напряжение.

Работа генератора

При запуске двигателя автомобиля главным потребителем электричества является стартер. При этом сила тока может достичь нескольких сотен ампер. В таком режиме электрооборудование работает только от аккумулятора, который подвержен сильному разряду. После запуска мотора автомобильный генератор является основным источником питания.

Во время работы двигателя происходит непрерывная дозарядка аккумулятора и обеспечивается работа электрических потребителей, подключенных к бортовой сети автомобиля. Если генератор выйдет из строя, то аккумуляторная батарея быстро разрядится. После зарядки напряжение аккумулятора и генератора отличается незначительно, поэтому зарядный ток уменьшается.

При работе мощных электроприборов автомобиля и низких оборотах двигателя, общий ток потребления становится выше способности генератора, поэтому реле напряжения переключает питание на аккумулятор.

Крепление и привод

Генератор приводится в действие с помощью шкива двигателя через ременную передачу. Обороты вращения генератора зависят от диаметра шкива генератора и шкива коленвала двигателя.

Современные автомобили оснащены поликлиновым ремнем, так как он обладает большей гибкостью и может приводить в действие шкивы небольшого диаметра. Это позволяет получить большие обороты генератора. Ремень может натягиваться разными способами, в зависимости от марки автомобиля и конструкции натяжителя. Чаще всего в качестве натяжителя используют специальные ролики.

Неисправности
Автогенераторы представляют собой надежное устройство, однако у них также случаются некоторые неисправности, которые делятся на два вида:
  1. Механические неисправности чаще всего возникают вследствие износа деталей: шкива, приводного ремня, подшипников качения, меднографитных щеток. Такие неисправности легко обнаруживаются, так как возникают посторонние шумы, стуки со стороны генератора. Эти поломки устраняют путем замены изношенных деталей, так как восстановлению они не подлежат.
  2. Электрические неисправности возникают гораздо чаще. Они могут выражаться в замыкании обмоток статора или ротора, поломке регулятора напряжения, пробое выпрямителя и т.д. До выявления неисправностей такие поломки могут отрицательно повлиять на аккумуляторную батарею. Например, пробитый регулятор напряжения будет постоянно перезаряжать батарею. При этом нет особых внешних признаков. Это выявляется только с помощью замеров напряжения выхода генератора.

Электрические неисправности также устраняются путем замены неисправных деталей новыми. Замыкание в обмотках требует их перемотки, что значительно повышает стоимость ремонта. В торговой сети можно найти запчасти к генераторам, в том числе и корпус статора с обмотками.

Похожие темы:

Принцип работы и устройство автомобильного генератора

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 7 мин. Просмотров 209

Генератор  входит в электрическую систему любого автомобиля. Его задача – преобразование механической работы в электроэнергию, необходимую для питания всех электрических систем. Автомобильный генератор должен отвечать следующим условиям:

  1. Его характеристики должны быть подобраны так, чтобы при любом режиме движения они позволяли превышать прогрессивную разрядку аккумулятора.
  2. Выдаваемое напряжение должно оставаться стабильным в широком диапазоне частоты вращения генератора, чтобы не повредить устройства бортовой сети автомобиля.


Принцип работы генератора и его конструктивные узлы одинаковы на всех автомобилях, эти устройства различаются только выходными параметрами, размерами и надежностью, которая зависит от качества изготовления.

Теоретические основы

Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Если взять катушку с проводом и присоединить к ней гальванометр (чувствительный амперметр для фиксации малых значений силы тока), замкнув проводник, и поднести к ней магнит, в ней возникнет электрический ток, что и покажет гальванометр.   

При этом учитывайте, что ток возникает в тех случаях, когда магнит движется, причем, при его приближении ток идет в одну сторону, а при удалении – в другую, что и фиксирует стрелка гальванометра. Из этого можно сделать выводы об условиях, необходимых для возникновения электрического тока:

Чтобы обеспечить постоянное изменение магнитного поля, пронизывающего катушку с проводником, его можно просто вращать, добившись изменения направления тока, равного частоте вращения магнита, поскольку к ней будут поочередно приближаться то южный, то северный полюс магнита. Эта принципиальная система и лежит в основе устройства генератора переменного тока.

Конструкция и принципы функционирования  

Устройство генератора автомобиля намного сложнее, чем принципиальная схема, воспроизводящая суть явления электромагнитной индукции. Из специальных стальных пластин набирается конструкция с пазами, в которые укладываются катушки с проводниками, соединяемые в единую электрическую цепь. Это называется обмоткой статора, если внутри нее начать вращения магнита, на контактах его цепи появится напряжение. Величина этого напряжения будет напрямую зависеть от силы магнита и скорости его вращения.

Устройство ротора

Чтобы избавиться от этого негативного эффекта, ведь автомобильный генератор переменного тока должен выдавать напряжения в строго определенных параметрах, вместо постоянного магнита в статор устанавливают электромагнит. Он представляет собой стальной сердечник с намотанным медным проводом, через который пропускается электрический ток. В этом случае сердечник превращается в магнит, сила которого зависит от величины тока, пропускаемого через провод. Обмотка подключается к аккумулятору через медные кольца и графитовые щетки, один контакт через замок зажигания присоединяется к плюсовой клемме, а второй – через массу к минусовой. Для придания магнитному полю нужного направления обмотка помещается в шестиполюсные сердечники. Этот элемент называется ротор и помещается вовнутрь сердечника.

При замыкании цепи через ключ зажигания через обмотку проходит электрический ток, сердечник намагничивается, создавая достаточно мощное магнитное поле. Но, поскольку работа генератора основана на явлении электромагнитной индукции, ротор должна вращать сторонняя сила. Для этого он присоединяется к коленчатому валу двигателя. Ось ротора устанавливается на  подшипники на передней и задней крышках генератора, чтобы он мог свободно вращаться.

В заднюю крышку монтируется узел со щетками и реле регулятора напряжения генератора, а также диодный мост, к которому подключена обмотка статора. Диодный мост в генераторе нужен, чтобы преобразовать переменный ток, получаемого на статоре в постоянный.

Принцип работы диодного моста состоит в том, что группа диодов, находящихся в нем, пропускает ток только в одном направлении, выравнивая его характеристики, в результате на выходе получается постоянный ток с напряжением 12 В, который подается на выводной контакт. Щетки поджимаются мягкими пружинками к кольцам ротора для поддержания постоянного контакта. 

Интегральный регулятор напряжения, который устанавливается сверху на щеткодержатель, снижает ток от замка зажигания, что приводит к снижению напряжения в обмотке статора при увеличение оборотов двигателя и частоты вращения ротора.

Получение электрического тока

Назначение генератора – в обеспечении всех электрических систем автомобиля энергией. Чтобы в обмотке статора появился электрический ток, ротор должен создавать переменное магнитное поле, вращаясь внутри статора. Для этого используется энергия вращения коленчатого вала двигателя.

На вал ротора устанавливают клинообразный шкив, надежно закрепленный гайкой. Он соединяется с подобным шкивом на коленвале ременной передачей. Ранее для этого использовался вспомогательный ролик, теперь же используется только два шкива с поликлиновым ремнем. Ротор, вращаясь вместе с валом двигателя, создает магнитное поле, на статоре возбуждается напряжение, питающее все элементы системы автомобиля.

На современных автомобилях в шкиве ротора появилась обгонная муфта генератора. Она позволяет существенно продлить срок службы этого устройства и его приводного ремня. При разгоне и торможении, на холостом  ходу, двигатель работает под различными нагрузками, поэтому частота вращения коленчатого вала будет отличаться. Если он резко замедляется, то вал генератора будет по инерции пытаться вращаться с прежней скоростью, что приведет к рывку на ремне и негативно скажется на механическом состоянии всей системы. При постоянном повторении такой ситуации ремень очень скоро, как правило, через 20 тыс. км, просто разорвется.

Обгонная муфта в шкиве генератора состоит и внутренней и внешней обоймы. Внешняя присоединена через ремень к коленвалу, а внутренняя – к валу ротора. В момент резкого замедления вала она проскальзывает и ротор продолжает вращаться по инерции, в то же время подклинивающие элементы не дают ей проскальзывать, когда частота вращения вала увеличивается. В этом устройство и принцип действия генератора постоянного тока на автомобиле схожи с обычным велосипедом, когда при вращении педалей заднее колесо раскручивается, а при их остановке продолжает вращаться по инерции. Теперь ремни генераторов ходят по 100 тыс. км и более.

Реле регулятора напряжения

Интегральный регулятор напряжения необходим, чтобы в бортовую сеть подавалось напряжение, соответствующее ее номинальным параметрам. Устройство простейшего генератора таково, что при увеличении частоты вращения скорость изменения магнитного потока ротора пропорционально увеличивается, как и выходное напряжение. Если этим процессом не управлять, то напряжение достигнет той величины, при которой все бортовые системы выйдут из строя.

Принцип работы реле регулятора генератора состоит в том, что при увеличении частоты вращения статора, оно через специальный датчик, присоединенный к цепи статора, отслеживает опасное увеличение напряжения. При помощи механической или электронной системы управления контактами, реле уменьшает ток, подаваемый на обмотку ротора, в результате чего увеличение частоты компенсируется снижением силы магнитного поля, и значение напряжения остается в норме.

Видео: Как работает генератор простыми словами

Заключение

Устройство и принцип работы автомобильного генератора практически не отличается от других установок подобного типа, кроме наличия диодного моста, выравнивающего переменное напряжение. Кроме того, на крупных установках требуется дополнительное устройство, которое называется возбудитель генератора.

Среди распространенных поломок этого устройства – обрыв ремня, о чем просигнализирует индикатор разрядки аккумулятора, который будет гореть при движении. Чтобы избежать этой проблемы, требуется периодически проверять его натяжку, для чего нужно просто нажать на ремень и посмотреть в инструкции по эксплуатации, на сколько миллиметров он должен вжиматься.

Иногда из строя выходят щетки или реле регулятора, которые меняются единым узлом. Если при работающем моторе отключить клемму аккумулятора, высок риск выхода из строя (пробой) диодного моста, который тоже нужно будет заменить.

Как работают осцилляторы | HowStuffWorks

Одним из наиболее часто используемых осцилляторов является маятник часов. Если вы нажмете на маятник, чтобы он начал раскачиваться, он будет колебаться с частотой - он будет качаться вперед и назад определенное количество раз в секунду. Длина маятника - это главное, что контролирует частоту.

Чтобы что-то колебалось, энергия должна перемещаться между двумя формами. Например, в маятнике энергия перемещается между потенциальной энергией и кинетической энергией .Когда маятник находится на одном конце своего пути, его энергия - это вся потенциальная энергия, и он готов упасть. Когда маятник находится в середине своего цикла, вся его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию, и маятник движется так быстро, как только может. Когда маятник движется к другому концу своего поворота, вся кинетическая энергия снова превращается в потенциальную. Это движение энергии между двумя формами и является причиной колебаний.

Объявление

В конце концов, любой физический осциллятор перестает двигаться из-за трения .Чтобы это продолжалось, вам нужно добавлять немного энергии в каждый цикл. В маятниковых часах энергия, поддерживающая движение маятника, исходит от пружины. Маятник слегка толкается при каждом движении, чтобы компенсировать потерю энергии на трение. См. «Как работают маятниковые часы».

Электронный генератор работает по тому же принципу.

.

Что такое осциллятор? Критерий Баркгаузена, преимущества генератора

Определение: Генератор - это схема, в которой используется усилитель с положительной обратной связью для генерации синусоидальных сигналов фиксированной амплитуды и частоты. Это основной источник энергии в электрических и электронных приборах. Усилитель с положительной обратной связью может генерировать синусоидальный сигнал даже при отсутствии какого-либо входа. Эти сигналы называются колебаниями, и поэтому устройство известно как осциллятор.

Положительная обратная связь здесь подразумевает добавление некоторой части выходного сигнала к входному сигналу напряжения. Это разрешено проходить через схему усилителя. Усилитель передает его с входным сигналом, поступающим от источника. Усилитель не делает ничего, кроме добавления сигнала, поступающего из тракта обратной связи, и входного сигнала. Таким образом, генерируются непрерывные колебания, и в то время, когда достигается стадия, когда без какого-либо входного сигнала схема генератора генерирует формы волны.

Генератор не генерирует собственную энергию для генерации колебаний, но использует источник постоянного тока для преобразования энергии постоянного тока в переменный ток. Поэтому его также называют инвертором, который является противоположностью выпрямителя.

Генераторы доступны в широком диапазоне частот. В соответствии с частотой колебаний осцилляторы названы соответственно. Диапазон некоторых осцилляторов приведен в таблице ниже.

Тип осцилляторов Приблизительный диапазон
Генераторы звуковой частоты 20 Гц - 20 кГц
Радиочастотные генераторы 20 кГц - 30 МГц
Генераторы сверхнизкой частоты 15 - 100 кГц
Генераторы низкой частоты 100 - 500 кГц
Радиовещательные генераторы 500 кГц - 1.5 МГц
Видео - Генераторы частоты 0 - 5 МГц
Высокочастотные генераторы 1,5 - 30 МГц
Генераторы сверхвысокой частоты 30 - 300 МГц
Сверхвысокочастотные генераторы 300 - 3000 МГц
СВЧ-генераторы За пределами 3 ГГц (3000 МГц)

Колебательный контур

Цепь генератора называется баковой цепью . Состоит из конденсатора и катушки индуктивности. Конденсатор уже заряжен и подключен к катушке индуктивности с переключателем между ними. Когда переключатель разомкнут, ничего не произойдет.

Когда переключатель замкнут, заряд, накопленный в конденсаторе, начнет разряжаться, и электроны начнут течь по цепи. Обратите внимание, что направление потока тока в цепи будет противоположным направлению потока электронов.

Когда ток течет в цепи, ток проходит от индуктора, из-за которого создается магнитное поле.Магнитное поле создается потому, что ток, протекающий в цепи, создает магнитный поток, который в результате создает магнитное поле.

Благодаря магнитным полям вокруг индуктора, в индукторе накапливается энергия в виде магнитного поля. Когда конденсатор полностью разряжен, ток, протекающий по цепи, начнет исчезать. Теперь магнитное поле, которое было создано вокруг индуктора, будет генерировать ЭДС.

Это происходит из-за закона Ленца, который гласит, что созданное магнитное поле будет противодействовать причине, которая его создала.Возникающая таким образом ЭДС заставит ток снова течь в цепи LC. В результате индуцированной ЭДС заряд будет течь, и, как следствие этой индуцированной ЭДС, заряд будет накапливаться в конденсаторе. Конденсатор будет накапливать энергию в виде электростатического поля.

Этот процесс зарядки и разрядки конденсатора и катушки индуктивности будет продолжаться бесконечно, если процесс не будет завершен извне. Таким образом, конденсатор будет заряжаться за один раз, а затем индуктор будет заряжаться в другой момент времени.Следовательно, колебания будут генерироваться непрерывно.

Однако, если вы думаете об колебаниях амплитуды, в этом есть изюминка. Обычно колебания, создаваемые осциллятором, являются затухающими колебаниями. В идеале считается, что колебания, генерируемые генератором, не затухают и имеют непрерывную синусоидальную форму, но на практике это невозможно.

Это происходит из-за некоторых потерь в резисторе и индуктивности, из-за которых колебания теряют свою энергию, и поэтому амплитуда начинает уменьшаться.Потери в резисторе отличаются от потерь в катушке индуктивности. Резистор страдает от диэлектрических потерь, в то время как индуктор страдает от излучения и резистивных потерь.

Частота цепи генератора

Частота контура генератора называется резонансной частотой. Резонансная частота выражается через индуктивность и емкость. Резонансная частота обратно пропорциональна емкости, а также индуктивности.

Принцип осциллятора и критерий Баркгаузена

Принцип генератора состоит в том, что, когда коэффициент обратной связи или коэффициент усиления контура равен единице, общий коэффициент усиления контура генератора будет бесконечным.

Это означает, что даже при отсутствии входа генератор будет продолжать генерировать выход.

Это необходимое условие для работы усилителя в качестве обратной связи.Подводя итог условию, мы можем сказать, что усилитель, который использует положительную обратную связь и который обладает бесконечным общим коэффициентом усиления, называется схемой генератора.

Преимущества схемы генератора

  1. Экономичный: Генераторы дешевы по стоимости, что делает их экономичными.
  2. Portable: Генератор использует источник постоянного тока для преобразования однонаправленного тока в двунаправленный. Благодаря использованию источника постоянного тока, для выработки энергии не требуется никаких движущихся компонентов.Таким образом, он становится менее громоздким и более портативным.
  3. Низкий уровень шума: Поскольку генераторы не используют движущиеся части для преобразования энергии, они производят меньше шума во время работы.
  4. Varying Frequencies: Частота колебаний может быть изменена соответствующим использованием источника постоянного тока и его величины. Поэтому доступны генераторы с широким диапазоном частот.

Это некоторые из важнейших преимуществ схемы генератора, которые делают ее пригодной для использования в качестве источника питания в цепях переменного тока.Осцилляторы можно разделить на две категории: гармонические осцилляторы и релаксационные осцилляторы. Генераторы гармоник генерируют синусоидальные сигналы, а релаксационные генераторы генерируют несинусоидальные сигналы.

.

Функции и основные принципы работы кварцевого генератора

Теплые советы: эта статья содержит около 5000 слов, а время чтения составляет около 20 минут.

Введение

Кварцевый генератор - это электромеханическое устройство, изготовленное из кристалла кварца с низкими электрическими потерями, который точно вырезан и покрыт электродами. Этот кристалл имеет очень важную характеристику. Если он находится под напряжением, он будет производить механические колебания.Напротив, если ему дать механическую силу, он будет производить электричество. Эта характеристика называется электромеханическим эффектом. У них есть очень важная особенность, и их частота колебаний тесно связана с их формой, материалом, направлением резания и так далее. Поскольку химические свойства кристаллов кварца очень стабильны, коэффициент теплового расширения очень мал, а частота колебаний также очень стабильна. Поскольку геометрия управления может быть очень точной, резонансная частота также очень точна.По электромеханическому эффекту кристалла кварца мы можем эквивалентить его контуру электромагнитных колебаний, то есть резонансному контуру. Их электромеханический эффект заключается в постоянном преобразовании машины в электрическую машину в электрическую ... Резонансный контур, состоящий из индуктора и конденсатора, представляет собой постоянное преобразование электрического поля в магнитное поле. Приложение в схеме фактически рассматривается как электромагнитный резонансный контур с высокой добротностью. Поскольку потери кристалла кварца очень малы, то есть значение Q очень высокое, при использовании в качестве генератора можно генерировать очень стабильные колебания и использовать их в качестве фильтра для получения очень стабильной и крутой полосы пропускания или полосы. кривая сопротивления.

Ядро статьи

Кристаллический осциллятор

Назначение

Ознакомьте с базовыми знаниями кварцевого генератора

Приложение

Видеокарта, сетевая карта, материнская плата и другие аксессуары.

Ключевые слова

кварцевый генератор

Каталог

Введение

Определение кварцевого генератора

Принцип работы кварцевого генератора

Параметры кварцевого генератора

Тип кварцевых генераторов

Метод проверки кварцевого генератора

Метод сопротивления

Тестер самодельный

Индекс стабильности кварцевого осциллятора

Общая разница частот

Стабильность частоты

Стабильность частоты и температуры

Характеристики при включении (время прогрева со стабильной частотой)

Частота Скорость старения

Краткосрочная стабильность

Воспроизводимость

Диапазон регулирования напряжения частоты

Диапазон частот с регулируемым напряжением

Линейность управления частотой и напряжением

Однополосный фазовый шум £ (f)

Форма выходного сигнала

Применение кварцевого генератора

Два общих метода кварцевого генератора в цепи затвора


Определение кварцевого генератора

Кварцевый генератор - самый важный компонент в схеме часов.Его функция - обеспечить опорную частоту для частей видеокарты, сетевой карты, материнской платы и других аксессуаров. Это похоже на линейку. Нестабильная рабочая частота приведет к тому, что рабочая частота связанного оборудования будет нестабильной и естественно легкой. проблема появляется. Благодаря постоянному совершенствованию производственного процесса, важные технические показатели, такие как отклонение частоты, температурная стабильность, скорость старения и герметичность кварцевого генератора, очень хороши, и нелегко вызвать отказ, но качество кристалла может еще быть замеченным при выборе.Какую роль в приложении играет кварцевый генератор? Источники тактовых импульсов микроконтроллера можно разделить на две категории: источники тактовых импульсов, основанные на механических резонансных устройствах, таких как кварцевые генераторы, керамические резонансные емкости и RC-генераторы (резисторы, конденсаторы). Одним из них является конфигурация генератора Пирса для кварцевых и керамических резонансных резервуаров. Другой - простой дискретный RC-генератор. Генератор на основе кварцевых и керамических резонансных емкостей обычно обеспечивает очень высокую начальную точность и низкий температурный коэффициент.RC-генератор может быть запущен быстро и с меньшими затратами, но обычно он менее точен во всем диапазоне температур и рабочего напряжения питания и будет варьироваться от 5% до 50% от номинальной выходной частоты. Однако на его производительность влияют условия окружающей среды и выбор компонентов схемы. Следует серьезно отнестись к выбору компонентов и компоновке платы схемы генератора.

При использовании керамический резонансный бак и соответствующая емкость нагрузки должны быть оптимизированы для определенного семейства логических схем.Кристалл с высоким значением Q нечувствителен к выбору усилителя, но он подвержен дрейфу частоты (и, возможно, даже повреждению) во время перегрузки. Факторы окружающей среды, влияющие на работу генератора: электромагнитные помехи (EMI), механические удары и удары, влажность и температура. Эти факторы увеличивают изменение выходной частоты, увеличивают нестабильность и в некоторых случаях вызывают остановку генератора. Большинство вышеперечисленных проблем можно избежать, используя модуль генератора.Эти модули поставляются с генератором, обеспечивают выходной сигнал прямоугольной формы с низким импедансом и гарантированно работают при определенных условиях. Двумя наиболее распространенными типами являются кварцевые модули и встроенные RC-генераторы (кремниевые генераторы). Кристаллический модуль обеспечивает ту же точность, что и дискретный кристалл. Кремниевые генераторы более точны, чем дискретные RC-генераторы, и в большинстве случаев обеспечивают сопоставимую точность с керамическими резонансными баками. При выборе генератора также необходимо учитывать энергопотребление.Потребляемая мощность дискретного генератора в основном определяется током питания усилителя обратной связи и значением емкости внутри цепи. Потребляемая мощность КМОП-усилителя пропорциональна рабочей частоте и может быть выражена как емкость конденсатора рассеяния мощности. Например, емкость конденсатора рассеяния мощности затвора инвертора HC04 составляет 90 пФ. При работе на частоте 4 МГц и напряжении питания 5 В это эквивалентно току питания 1,8 мА. В сочетании с кристаллическим нагрузочным конденсатором 20 пФ полный ток питания равен 2.2 мА. Керамические резонансные баки обычно имеют большую нагрузочную способность и, соответственно, требуют большего тока. Напротив, кварцевые модули обычно требуют тока питания от 10 мА до 60 мА. Ток источника питания кремниевого генератора зависит от его типа и функции и варьируется от нескольких микроампер низкочастотных (фиксированных) устройств до нескольких миллиампер программируемых устройств. Маломощный кремниевый генератор, такой как MAX7375, требует менее 2 мА для работы на частоте 4 МГц. Оптимизация источника синхронизации для конкретного приложения требует сочетания таких факторов, как точность, стоимость, энергопотребление и требования к окружающей среде.

Кварцевый генератор контролирует тактовую частоту ЦП, то есть период, в течение которого генерируются высокий и низкий уровни (генерируя высокий уровень, а низкий уровень - период). Вообще говоря, чем выше частота, тем быстрее компьютер обрабатывает данные за единицу времени. Чем быстрее сам кристалл не будет колебаться, но он будет резонировать с внешней схемой на фиксированной частоте, при условии, что частота колебаний внешней схемы должна согласовываться с собственной частотой колебаний кристалла, по крайней мере, очень близко, в противном случае цепь остановит вибрацию.Что касается теста, в общем, использование мультиметра для измерения сопротивления (относящегося к движению стрелки) повреждается (стрелка с низкой частотой колебаний также будет немного покачиваться, но сразу же вернется к нулю), стрелка не двигаться (сопротивление бесконечность), может быть и хорошо, можно открыть провод.


Принцип работы кварцевого генератора

Кристалл может быть электрически эквивалентен конденсатору и резистору, включенным параллельно, а затем подключенным последовательно с конденсатором.Электрическая сеть имеет две точки резонанса. Частота бывает высокой и низкой, а нижняя частота соответствует последовательному резонансу. Высокая частота - это параллельный резонанс. Из-за характеристик самого кристалла расстояние между двумя частотами довольно близко. В этом чрезвычайно узком диапазоне частот кварцевый генератор эквивалентен катушке индуктивности, поэтому, пока кварцевый генератор подключен параллельно подходящему конденсатору, он будет формировать параллельный резонансный контур.. Параллельный резонансный контур добавляется к цепи отрицательной обратной связи для формирования синусоидального колебательного контура. Поскольку кварцевый генератор эквивалентен узкому частотному диапазону катушки индуктивности, даже если параметры других компонентов сильно различаются, частота генератора не изменится резко.


Параметры кварцевого генератора

Кварцевый генератор имеет важный параметр, то есть значение емкости нагрузки.Выбор параллельной емкости, равной значению емкости нагрузки, может получить номинальную резонансную частоту кварцевого генератора.


Типы кварцевых генераторов

Резонансные генераторы включают кварцевые (или его кристаллические) кристаллические резонаторы, керамические резонаторы, ЖК-резонаторы и т. Д.

Кварцевый генератор и резонансный генератор имеют собственный перекрестный активный кварцевый резонансный генератор.

Причина, по которой кварцевая пластина может колебаться в цепи (резонанс), основана на ее пьезоэлектрическом эффекте.Из физики известно, что если между двумя пластинами пластины добавить электрическое поле, кристалл будет механически деформироваться. Напротив, если между пластинами приложена механическая сила, электрическое поле будет генерироваться в соответствующем направлении. Это явление называется пьезоэлектрическим эффектом. Если между пластинами приложить переменное напряжение, возникнет механическая деформационная вибрация, а механическая деформационная вибрация создаст переменное электрическое поле.Вообще говоря, амплитуда этой механической вибрации относительно мала, а частота ее колебаний очень стабильна. Но когда частота приложенного переменного напряжения равна собственной частоте пластины (которая зависит от размера пластины), амплитуда механической вибрации резко возрастет. Это явление называется пьезоэлектрическим резонансом, поэтому кристалл кварца еще называют кварцевым резонатором. Его характеристика - высокая стабильность частоты.


Методы испытаний кварцевого генератора

Метод проверки кристаллического мультиметра

Совет. Как без осциллографа измерить, начинает ли кварцевый генератор вибрировать?

Вы можете использовать мультиметр, чтобы измерить, соответствует ли напряжение двух выводов кварцевого генератора половине рабочего напряжения микросхемы.Например, если рабочее напряжение составляет 5 В, измеряется, составляет ли оно около 2,5 В. Кроме того, если коснуться другой ножки кристалла пинцетом, это напряжение значительно изменится, и окажется, что оно колеблется.

Совет: просто возьмите батарею на 1,5 В и подключите кварцевый генератор к уху на двух концах кристалла. Слушай внимательно. Когда вы слышите гудение, это означает, что он начинает вибрировать. Это хорошо!


Метод сопротивления

Вставьте мультиметр в блок R × 10K и измерьте сопротивление между двумя контактами кристалла кварца, которое должно быть бесконечным.Если измеренное значение сопротивления не является бесконечным или даже близким к нулю, это указывает на то, что тестируемый кристалл протекает или выходит из строя.

Этот метод позволяет только определить, течет ли кристалл. Если внутри кристалла есть обрыв, резистивный метод ничего не может сделать. В этом случае необходимо использовать метод, описанный ниже.


Самостоятельная работа T сложный эфир

Согласно схеме, показанной на рисунке, пайка простого тестера кристалла кварца может точно проверить качество кристалла.На рисунке два тестовых гнезда XS1 и XS2 могут быть извлечены из гнезда маленького семиногого или девятиконечного трубного патрубка. Лучше выбирать большую яркость светодиодной трубки. При обнаружении кристалла кварца вставьте два контакта кристалла кварца в два гнезда XS1 и XS2, нажмите переключатель SB, если кристалл кварца в порядке, колебательный контур состоит из таких компонентов, как триод VT1, C1, C2 и т. Д. Колебание, колебательный сигнал передается на обнаружение VD2 через C3, и обнаруженное напряжение сигнала постоянного тока включает VT2, поэтому светодиод, подключенный к коллекторной цепи VT2, излучает свет, показывая, что проверяемый кристалл кварца исправен. , если светодиод не яркий, то тестируемый кристалл кварца неисправен.Этот тестер проверяет кристаллы кварца на широкой частоте, но оптимальная рабочая частота составляет от нескольких сотен килогерц до десятков мегагерц.

Простой тестер кристаллов кварца


Индекс стабильности кварцевого генератора

а. Общая разница частот: Максимальное отклонение частоты кварцевого генератора от заданной номинальной частоты из-за комбинации указанных рабочих и нерабочих параметров в течение указанного времени.

Примечание: Общая разность частот включает максимальную разность частот, вызванную температурной стабильностью частоты, отклонение, вызванное скоростью старения частоты, характеристики напряжения частоты и характеристики частотной нагрузки. Обычно он используется только в случае кратковременной стабильности частоты, но не в других индикаторах стабильности частоты. Например: высокоточный радар.


б. Стабильность частоты: Любой кварцевый генератор, нестабильность частоты абсолютная, степень разная.График зависимости выходной частоты кристалла от времени показан на рис. 2. На рисунке показаны три фактора нестабильности частоты: старение, дрейф и кратковременная стабильность.

Рисунок 2 Принципиальная диаграмма зависимости выходной частоты кварцевого генератора от времени

Кривая 1 измеряется один раз за 0,1 секунды, показывая краткость кристалла; кривая 3 измеряется один раз в 100 секунд, показывая дрейф кристалла; кривая 4 измеряется 1 раз в сутки. Это показывает старение кристалла.


г. Частота Стабильность температуры: в соответствии с номинальным напряжением питания и нагрузкой, максимально допустимая смещением частоты работы в пределах заданного температурного диапазона без подразумеваемой эталонной температуры или с подразумеваемой эталонной температурой.

ft = ± (fmax-fmin) / (fmax + fmin)
ftref = ± MAX [| (fmax-fref) / fref | , | (fmin-fref) / fref |]

фут : Стабильность частоты (без предполагаемой эталонной температуры)

ftref : Стабильность частоты (с предполагаемой эталонной температурой)

fmax : Самая высокая частота, измеренная в указанном диапазоне температур

fmin : Самая низкая частота, измеренная в указанном диапазоне температур

fref : Укажите частоту, измеряемую эталонной температурой

Примечание: Кварцевый генератор с индексом ftref сложнее изготовить, чем кварцевый генератор с индексом ft, поэтому кварцевый генератор с индексом ftref выше.


г. Характеристики при включении (время стабильной частоты разогрева): Относится к скорости изменения частоты в течение определенного периода времени (например, 5 минут) после включения питания на другой период (например, 1 час) после включения -на. Указывает скорость, с которой кристалл достигает устойчивого состояния. Этот индикатор полезен для часто переключаемых инструментов, таких как частотомеры.

Примечание: В большинстве приложений кварцевые генераторы получают питание в течение длительного времени.Однако в некоторых приложениях кварцевые генераторы требуют частого включения и выключения. В это время необходимо принять во внимание индикатор времени прогрева стабильности частоты (особенно для жестких военных станций связи, используемых в окружающей среде, когда требуется, чтобы температурная стабильность частоты составляла ≤ ± 0,3 ppm (-45 ° C ~ 85 °). C), OCXO используется в качестве гетеродина, время стабильного разогрева по частоте будет не менее 5 минут, и потребуется только MCXO. Десять секунд).


эл.Скорость старения частоты: Отношение между частотой генератора и временем при измерении частоты генератора в постоянных условиях окружающей среды. Этот длительный дрейф частоты вызван медленным изменением кристаллической составляющей и составляющей схемы генератора. Следовательно, скорость сдвига частоты называется скоростью старения, и может использоваться максимальная скорость изменения после указанного ограничения времени (например, ± 10 частей на миллиард / день, 72 включения питания). Через час) или максимальное общее изменение частоты в пределах указанного временного интервала (например, ± 1 ppm / (первый год) и ± 5 ppm / (десять лет)).

Старение кристаллов происходит из-за таких проблем, как напряжение, загрязнения, остаточные газы, структурные дефекты процесса и т. Д. При производстве кристаллов. Стресс необходимо стабилизировать в течение определенного периода времени. Метод резки кристаллов, называемый «компенсация напряжений» (метод резки SC), дает кристаллу хорошие характеристики.

Молекулы загрязняющих веществ и остаточных газов осаждаются на кристалле или окисляют электрод кристалла. Чем выше частота колебаний, тем тоньше будет срез кристалла и тем сильнее будет эффект.Этот эффект постепенно стабилизируется в течение длительного периода времени, и стабильность повторяется при изменении температуры или рабочего состояния, что приводит к повторной концентрации или диспергированию загрязняющих веществ на поверхности кристалла. Следовательно, скорость старения кварцевого генератора с низкой частотой лучше, чем у кварцевого генератора с коротким временем работы, а кварцевый генератор с низкой частотой лучше, чем кварцевый генератор с высокой частотой.

Примечание: Скорость старения частоты TCXO составляет: ± 0.2ppm ~ ± 2ppm (первый год) и ± 1ppm ~ ± 5ppm (десять лет) (за исключением особых случаев, TCXO редко использует индекс суточной частоты старения, потому что даже в эксперименте В условиях камеры изменение частоты вызывало при изменении температуры также будет значительно превышать частоту старения кварцевого генератора с температурной компенсацией каждый день, поэтому этот индикатор теряет свое практическое значение). Скорость частотного старения OCXO составляет от ± 0,5 ppb до ± 10 ppb / день (после 72 часов включения), от ± 30 ppb до ± 2 ppm (первый год) и ± 0.От 3 до ± 3 частей на миллион (десять лет).


ф. Краткосрочная стабильность: краткосрочная стабильность. Время наблюдения - 1 мс, 10 мс, 100 мс, 1 сек, 10 сек.

На выходную частоту кварцевого генератора влияет внутренняя схема (значение Q кристалла, шум компонента, стабильность схемы, рабочее состояние и т. Д.), Что приводит к широкому спектру нестабильности. После измерения ряда значений частоты она рассчитывается с использованием уравнения Аллена.Фазовый шум также может отражать кратковременные стабильные условия (с помощью специальных инструментальных измерений).


г. Воспроизводимость: Определение: после того, как кварцевый генератор стабилен в течение длительного времени, он будет отключен через длительный период времени. Он остановится на период времени t1 (например, 24 часа), загрузится на период времени t2 (например, 4 часа), измерит частоту f1, а затем остановится на тот же период времени t1, затем будет включается на тот же период времени t2, и измеряется частота f2.Воспроизводимость = (f2-f1) / f2.


ч. Частотный диапазон напряжения управления: Минимальное пиковое значение частоты кварцевого генератора регулируется от опорного напряжения до заданного конечного напряжения и частоты кварцевого генератора.

Примечание: Опорное напряжение + 2,5В, указанное конечное напряжение составляет + 0.5V и + 4.5V, и частотно-регулируемый кварцевый генератор имеет изменение частоты -2ppm при + управляющего напряжения 0.5V частоты, и частота регулируется на +4.Напряжение управления частотой 5 В. Величина изменения составляет + 2,1 частей на миллион, тогда диапазон управления напряжением частоты регулирования напряжения VCXO выражается как: ≥ ± 2 частей на миллион (2,5 В ± 2 В), наклон положительный, а линейность составляет + 2,4%.


и. Частотная характеристика, управляемая напряжением. Диапазон: Отношение между смещением пиковой частоты и частотой модуляции при изменении частоты модуляции. Это, как правило, выражается в дБ с заданной частотой модуляции ниже заданной эталонной частоты модуляции.

Примечание: Частотная характеристика диапазона регулирования напряжения VCXO составляет 0 ~ 10 кГц.


Дж. Линейность управления напряжением по частоте: Выходная частота по сравнению с идеальной (линейной) функцией - мера передаточной характеристики входного управляющего напряжения, которая представляет собой процент от допустимой нелинейности всего диапазона сдвигов частоты.

Примечание: Типичная линейность регулирования напряжения частоты VCXO составляет: ≤ ± 10%, ≤ ± 20%.Простой метод линейного расчета управления напряжением частоты VCXO (когда полярность управления напряжением частоты положительная):

Линейность регулирования напряжения частоты = ± ((fmax - fmin) / f0) × 100%

Fmax: Выходная частота VCXO при максимальном управляющем напряжении

Fmin: Выходная частота VCXO при минимальном управляющем напряжении

F0: частота напряжения центра управления напряжением


к. Однополосный фазовый шум £ (f): Отношение плотности мощности фазомодулированной боковой полосы к мощности несущей на несущей f.


л. Форма выходного сигнала: Форму выходного сигнала можно разделить на два типа: прямоугольный сигнал и синусоидальный сигнал.

Прямоугольная волна в основном используется в часах цифровой системы связи. Другая волна в основном имеет несколько требований к индексам, таких как выходной уровень, коэффициент заполнения, время нарастания / спада и ходовые качества.

В связи с быстрым развитием науки и техники источники высококачественных сигналов необходимы в качестве носителей для все более сложной информации основной полосы частот в аналогичных системах, таких как связь, радар и высокоскоростная передача данных.Поскольку сигнал несущей с паразитной амплитудной модуляцией и фазовой модуляцией (нечистый сигнал) модулируется сигналом основной полосы частот, несущим информацию, спектральные компоненты (паразитная модуляция в несущей), которые не должны существовать в этих идеальных состояниях, будут вызывать передаваемый сигнал. и частота ошибок передачи данных явно ухудшается. Следовательно, чистота несущего сигнала (спектральная чистота) в качестве носителя передаваемого сигнала оказывает прямое влияние на качество связи.Для синусоидальных волн часто необходимо предоставить такие индикаторы, как гармоники, шум и выходная мощность.


Применение кварцевого генератора

Общая схема кварцевого генератора подключается к кварцевому генератору на обоих концах инвертирующего усилителя (обратите внимание, что усилитель не является инвертором), а затем два конденсатора соответственно подключаются к двум концам кварцевого генератора, а другой конец каждого конденсатора подключен.Земля, значение емкости этих двух последовательно соединенных конденсаторов должно быть равно емкости нагрузки. Обратите внимание, что выводы общей ИС имеют эквивалентную входную емкость, которую нельзя игнорировать.

Нагрузочная емкость типичного кварцевого генератора составляет 15 или 12,5 Ом. Если учесть эквивалентную входную емкость выводов компонента, лучше иметь два конденсатора 22p для формирования кварцевого генератора. Кристаллические генераторы также подразделяются на пассивные кристаллы и активные кристаллы.Пассивный кварцевый генератор отличается от английского названия кристалла активного кварцевого генератора (резонанс). Пассивный кварцевый генератор является кварцевым, а активный кварцевый генератор называется генератором. Пассивный кварцевый генератор должен использовать тактовую схему для генерации колебательного сигнала, и он не может колебаться сам. Следовательно, термин «пассивный кварцевый генератор» не является точным; активный кварцевый генератор представляет собой законченный резонансный генератор.

На рисунке 3 показан контур инфракрасного излучения

.

На рисунке 4 представлена ​​схема кварцевого генератора

.

В схеме J, VD1, L1, C3 ~ C5 и V1 образуют колебательный контур кристалла.Поскольку кварцевый кристалл J имеет хорошую стабильность частоты и меньше подвержен влиянию температуры, он широко используется в беспроводных телефонах и модуляторах AV. V1 представляет собой кварцевый колебательный триод с частотой 29-36 МГц. Выход эмиттера богат гармоническими составляющими. После усиления V2 сигнал третьей частоты (т.е. 87-108 МГц) выбирается в сети, где коллектор состоит из C7 и L2 и резонирует на частоте 88-108 МГц. Сигнал является самым сильным, а затем усиливается с помощью выбора частоты V3, L3, C9 для получения идеального сигнала диапазона FM.Процесс частотной модуляции таков, что изменение звукового напряжения вызывает изменение емкости между электродами VD1. Поскольку VD1 соединен последовательно с кристаллом J, частота колебаний кристалла также немного изменяется. После тройной частоты смещение частоты составляет от 29 до 36 МГц. 3-кратное смещение частоты. В практических приложениях, чтобы получить подходящую степень модуляции, может быть выбран кварцевый кристалл или керамический вибратор, имеющий большой сдвиг частоты модуляции, или может использоваться схема со слегка сложной схемой с частотой от 6 до 12.Если входной аудиосигнал слабый, можно добавить схему усиления первого каскада.

<> Фиг. 5 - применение кварцевого генератора в колебательном контуре временной развертки 555

.


Два общих метода кварцевого генератора в схеме затвора

а. Преимущество такого подключения в том, что его легко запустить и адаптировать к широкому диапазону частот. Конкретный диапазон частот не помню.

<> б.Достоинства такого способа подключения просты, недостаток - не так-то просто запустить, должны подойти С1, С2.


Вам также может понравиться:

Что такое схема осциллятора?

.

Различные типы генераторов Cicuits и их приложения

Генераторы представляют собой электронные схемы, которые создают соответствующий электронный сигнал, обычно синусоидальный и прямоугольный. Это очень важно для других типов электронного оборудования, таких как кварцевый генератор, который используется в качестве кварцевого генератора. Радиопередатчики с амплитудной модуляцией используют колебание для генерации сигнала несущей. Радиоприемник AM использует специальный генератор, который называется резонатором, для настройки станции.Генераторы присутствуют в компьютерах, металлодетекторах, а также в оружии. Различные типы генераторов описаны ниже.

Что означает осциллятор?

Генератор работает по принципу колебаний и представляет собой механическое или электронное устройство. Периодическое изменение между двумя вещами основано на изменениях энергии. Колебания используются в часах, радиоприемниках, металлоискателях и во многих других устройствах, использующих генераторы.


Генератор

Принцип генераторов

Генератор преобразует постоянный ток от источника питания в переменный ток, и они используются во многих электронных устройствах. В генераторах используются сигналы синусоидальной и прямоугольной формы. Некоторые из примеров - это сигналы, передаваемые радио- и телевизионными передатчиками, часы, которые используются в компьютерах и в видеоиграх.

Типы осцилляторов

Есть два типа электронных осцилляторов : линейные и нелинейные осцилляторы.Линейные генераторы выдают синусоидальный вход. Линейные осцилляторы состоят из массы m и ее линейной силы в состоянии равновесия. Применяя нижнюю часть крюка, пружина создает линейную силу для небольших перемещений.

Различные типы генераторов упомянуты ниже, а некоторые из них объясняются .

Осциллятор Армстронга

Осциллятор Армстронга - это электронный генератор LC , и для его генерации мы используем индуктивность и конденсатор.В 912 году американский инженер Эдвин Армстронг изобрел генератор Армстронга, и это была первая схема генератора, а также в 1913 году этот генератор был использован в первой электронной лампе Александром Мейснером, австрийским инженером.


Осциллятор Армстронга

Осциллятор Армстронга известен как тиклерный осциллятор, поскольку индивидуальные особенности сигнала обратной связи должны производить колебания, магнитно связанные с индикатором резервуара. Будем считать, что связь слабая, но поддерживающих колебаний достаточно.Следующее уравнение показывает частоту колебаний f. Осциллятор Армстронга также называют осциллятором Мейснера или тиклером.

f = 1 / 2Π√LC

Для достижения колебаний с фазовым сдвигом на 180 градусов в колебаниях Армстронга используется транзистор, показанный на рисунке выше. Из рисунка видно, что на выходе первичный трансформатор имеет транзистор, а обратная связь берется со вторичной обмотки трансформатора.Видя точки полярности на вторичной обмотке трансформатора, инвертируется с помощью первичной обмотки. Рабочая частота обеспечивается конденсатором C1 и первичной обмоткой трансформатора.

Осциллятор Хартли

Осциллятор Хартли представляет собой электронный генератор . Частота этого колебания определяется настроенным контуром. Настроенная схема состоит из конденсатора и катушки индуктивности, следовательно, это LC-генератор. В 1915 году американский инженер Ральф Хартли изобрел этот генератор.Особенностями схемы Хартли являются настроенная схема, состоящая из одного конденсатора, включенного параллельно с двумя катушками индуктивности, включенными последовательно. Сигнал обратной связи снимается с центрального соединения двух катушек индуктивности для создания колебаний. Перейдите по ссылке ниже, чтобы узнать больше о схеме осциллятора Хартли и ее работе

Осциллятор Хартли

Генератор Хартли параллелен Колпиттам, за исключением того, что он использует пару ответвительных катушек в качестве альтернативы двум ответвленным конденсаторам.Из приведенной ниже схемы выходное напряжение создается на катушке индуктивности L1, а напряжения обратной связи - на катушке индуктивности L2. Сеть обратной связи дана в математическом выражении, которое приведено ниже

Сеть обратной связи = XL2 / XL1 = L 2 / L 1
Приложения
Генератор Колпитца

Генератор Колпитца был разработан американскими инженерами Эдвином Х.Колпитца в 1918 году. Этот генератор представляет собой комбинацию индуктивности и конденсатора. Осциллятор Колпиттса имеет обратную связь с активными устройствами, которые снимаются с делителя напряжения и состоят из двух конденсаторов, соединенных последовательно через катушку индуктивности. Перейдите по ссылке ниже, чтобы узнать больше о работе осциллятора Collpits и его применениях.

Генератор Колпитса

. Цепи Колпитса состоят из устройств усиления, таких как биполярный переход, полевой транзистор, операционный усилитель и вакуумные лампы.Выход подключен к входу в контуре обратной связи, он имеет параллельную настройку и функционирует как полосовой фильтр, используемый в качестве частоты генератора. Этот генератор электрически является двойным по отношению к генератору Хартли, поэтому сигнал обратной связи берется с индуктивного делителя напряжения, у которого есть две катушки в серии.

На следующей схеме показана схема Колпитса с общей базой. Катушка индуктивности L и оба конденсатора C1 и C2 включены последовательно с параллельным контуром резонансного резервуара, и это дает частоту генератора.Напряжение на выводе C2 прикладывается к переходу база-эмиттер транзистора для создания колебаний обратной связи.

Приложения
Многоволновой осциллятор

Многоволновой осциллятор был изобретен французским инженером Жоржем Лаховским в период с 1920 по 1940 год.Он показал, что ядро ​​клетки с нитями стоит, оно очень похоже на электронный осциллятор и имеет способность принимать и отправлять вибрационную информацию. Многоволновые генераторы являются экспериментальными, это исследование для исторического инструмента, и на них не делается никаких медицинских заявлений. Блок многоволнового генератора представляет собой печатную плату антенны золотого сечения.

Приложения

В этой статье описаны различных типов схем генераторов и их применение .Я надеюсь, что, прочитав эту статью, вы узнали о различных типах осцилляторов и их применении. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этой статьи или реализации каких-либо проектов в области электроники, пожалуйста, оставьте комментарий в разделе ниже. Вот вам вопрос, , какой тип осциллятора не имеет LC осцилляторов ?

.

Принцип работы генератора Колпитта


Статья о принципе работы генератора Колпитта. Здесь я подробно объясняю принцип работы генератора Колпитта, а также принципиальную схему, формы сигналов и необходимые математические выводы.

Почти все генераторы и схемы с генераторами синусоидальных сигналов используют LC-резонансный контур. Только некоторые RC-генераторы, такие как RC-фазовращатель, генератор Вина-Робинсона и некоторые кварцевые генераторы, не имеют дополнительных индуктивностей.Цепь резонансного контура к генератору, когда потери, возникающие в контуре, должны быть компенсированы усилителем, так что усиление кольца или контура имеет значение 1. Общий фазовый сдвиг должен составлять 0 ° или 360 ° на резонансной частоте.

Часть напряжения резонансного контура должна быть синфазной, подаваемой обратно на усилитель. Их можно разделить на два конденсатора по емкости резонансного контура. Эта схема называется трехточечной емкостной связью. Основано на центре масс, тогда два напряжения на конденсаторах имеют противофазу друг другу.На следующем рисунке показаны условия сигнала в резонансном контуре с емкостной трехточечной схемой.

Генератор с емкостной трехточечной схемой в честь своего изобретателя Эдвина Генри Колпитса, названного генератором Колпитса. Этот генератор может работать в усилителе с общим эмиттером, включая транзистор, базу и коллектор.

Генератор Колпитца в эмиттерной цепи


В эмиттерной цепи между выходным управляющим сигналом и фазовым сдвигом 180 °.Он подавляется емкостной схемой с заземлением по трем точкам между двумя конденсаторами. Резонансный контур расположен в коллекторном контуре. Постоянное напряжение проходит через катушку индуктивности достаточно высокой индуктивности на усилитель. Необходимо отменить заземление сигнала к рабочему напряжению. Омическое сопротивление менее подходит. Для хорошей развязки его значение должно быть большим, что снижает качество резонансного контура. Катушка индуктивности разделяет сигнал из-за высокого сопротивления переменного тока напряжению постоянного тока и практически не влияет на них.

Фазовое напряжение резонансного контура проходит через разделительный конденсатор на базу. Он отделяет базу от электрически резонансной цепи, которая в противном случае находилась бы непосредственно на рабочем напряжении. Рабочая точка регулируется базовым делителем напряжения или только базовым резистором. Эмиттерный резистор стабилизирует рабочую точку и определяет усиление сигнала через обратную связь по току. Выходной сигнал может приниматься непосредственно в резонансном контуре или посредством трансформаторной связи с катушкой резонансного контура.Выходной трансформатор обеспечивает хорошее согласование импеданса со следующей ступенью и снижает потери качества, которые возникают при нагрузке на схему генератора.

Иллюстрированная схема прекрасно работала с программным моделированием с использованием идеальных компонентов. После запуска симуляции она поворачивается в безопасное положение и остается стабильной без отсечения.

Схема генератора Колпитца в базе.


Дроссельная катушка исключена, и, таким образом, резонансный контур выше, чем рабочее напряжение сигнала относительно земли.Конденсатор на землю является вспомогательным. Чередование фаз не требуется, поскольку базовая схема усиливается без поворота фазы. Сигнал обратной связи к эмиттеру развязан конденсаторами резонансного контура, гальванически изолированными от напряжения питания. База подключена через конденсатор большой емкости для передачи сигнала на землю. Рабочая точка устанавливается с помощью делителя напряжения базы, резистора смещения базы и резистора эмиттера.

В программе моделирования можно проверить работу этой схемы.Колебание возникает вскоре после начала моделирования. Тогда частота генератора оставалась стабильной без клиппирования.

Вместо схемы база-эмиттер в первую очередь следует использовать генераторы. Здесь сигнал обратной частоты проходит через конденсатор на землю. Таким образом, входная цепь база-эмиттер транзистора свободна от паразитных частот. Они могут привести к сбоям в работе ранее подключенной стадии. Если генератор в цепи настройки промежуточной частоты антенны приемника, как основная цепь в базе, не может проникнуть в цепь антенны, и частота генератора излучается оттуда.

Генератор Колпитца в коллекторной цепи


Для работы генератора Колпитца включение усилителя в коллекторную цепь возможно, но используется очень редко. Его коэффициент усиления по напряжению почти равен единице, и чередование фаз отсутствует. Таким образом, несмотря на постоянно существующие потери в колебательном контуре, условие генератора удовлетворяется при k · V 0 = 1, используется разделенная емкость резонансного контура от своего рода преобразования напряжения. Напряжение всего резонансного контура возвращается через достаточно большую емкость связи к базе.Пропорция меньше, чем сопротивление эмиттера выходного сигнала.

Эта схема нормально работала с расчетным размером. Схема качается после запуска симуляции надежно. Результат оставался стабильным и практически неискаженным.

Генераторы Колпитца хорошо подходят для высоких фиксированных частот. Сделать схемы генератора, показанные в настраиваемом, доставляет проблемы. Если частота меняется в зависимости от переменного конденсатора, коэффициент связи и, следовательно, коэффициент усиления кольца изменяются.Настраиваемые генераторы Колпитца для очень высоких частот в диапазоне УКВ и УКВ между 80 ... 300) МГц реализованы с переменным конденсатором. На первый взгляд эти схемы не сразу можно распознать как трехточечные емкостные схемы. Они используют внутреннюю коммутационную способность транзистора в несколько пикофарад.

Раньше в автомобиле было вариометр для радио. Это настроечная катушка, в которой индуктивность варьируется в зависимости от положения ферритового сердечника и второй внутренней катушки.С его помощью легко настраивается генератор Колпитца. Для механически нагруженных резонансных цепей голосование - это не пластина переменного конденсатора. Вибрации не допускают постоянных значений емкости и, следовательно, не позволяют правильно настроить. Напротив, если ферритовый сердечник перемещается вдоль натянутого каната через бобину, индуктивность изменяется. Установить вертикальные колебания остаются неэффективными.


.Осцилляторные демпферы

в строительных конструкциях

1. Введение

Колебания - это частые движения между двумя крайними значениями или несколькими различными состояниями. Термин вибрация формально используется для описания механических колебаний. Колебания возникают в динамических системах почти во всех областях науки и техники, например, структурная вибрация, вызванная землетрясением, волнами на воде и ветром, вибрациями струн в музыкальных инструментах и ​​биением человеческого сердца. Некоторые колебания вредны и даже разрушительны; так много устройств и средств было использовано для уменьшения нежелательных вибраций конструкций.Знакомые меры по снижению колебаний - это пружины, резина, вязкие демпферы и т. Д.

Гаситель колебаний - это устройство, предназначенное для подавления колебаний в конструкциях и машинах. Принцип демпферов осцилляторов заключается в использовании осцилляторов массы, создающих противоположные силы, действующие на конструкции, чтобы противостоять их колебаниям. В 1909 году Фрам [1] предложил первую систему амортизаторов с пружинным и массовым осциллятором для подавления механической вибрации, вызванной гармоническими силами.В 1928 году Ден Хартог и Ормондройд [2] добавили определенное демпфирование к модели демпфера осциллятора Фрама, которая является прототипом настроенных демпферов массы (TMD). Ден Хартог [3] предоставил подробное описание и формулы проектирования для TMD. На раннем этапе применение TMD в основном было сосредоточено на проблеме вибрации механических систем. С 1971 года системы TMD широко используются в гражданских сооружениях, таких как высотные здания, башни, башни и настилы вантовых мостов, а также висячие мосты.Эти приложения показывают, что TMD могут эффективно снижать структурные вибрации, вызванные ветром. Однако TMD могут столкнуться с некоторыми недостатками при применении землетрясений: проблемы с большим ударом и расстройкой, а также с большими сейсмическими силами в течение коротких интервалов времени. Чтобы решить проблему отстройки, Сюй и Игуса [4] предложили улучшенный гаситель вибрации, называемый демпфером с несколькими настроенными массами (MTMD), который менее чувствителен к изменению частоты. Были изучены параметрическая оптимизация и эффективность управления системами MTMD, и в 1990-х годах были созданы различные теории проектирования [5, 6, 7].Настроенный жидкостный демпфер (TLD) - это тип демпфера осциллятора, в котором твердая масса заменяется жидкостью. TLD состоит из жестких прямоугольных резервуаров, частично заполненных жидкостью. Его демпфирующий эффект возникает из-за сил или моментов колебания жидкости, которые могут изменить динамические свойства конструкции и уменьшить динамический отклик системы, подверженной внешнему возбуждению [8]. Применение TLD для контроля вибрации строительных конструкций было изучено в конце 1980-х годов Fujino et al. [8].Успех системы TLD в снижении вызванных ветром структурных колебаний был подтвержден многочисленными аналитическими и экспериментальными исследованиями.

Настроенный инертерный демпфер (TID) - это новая форма TMD, в которой масса заменяется инертером. Инертор - это двухполюсное механическое устройство, развивающее силу сопротивления, пропорциональную относительному ускорению его выводов [9]. Простой подход к созданию инертора состоит в том, чтобы иметь шток, скользящий в линейных подшипниках, который приводит в движение маховик через рейку, шестерню и шестерню.Преимущество использования TID заключается в использовании в инерторе передачи, что эквивалентно увеличению массы [10]. ПИВ может применяться для уменьшения вибраций в строительных конструкциях, подверженных базовому возбуждению.

В 2015 году Гиаралис и Мариан [11] предложили обобщение классического TMD, в котором был введен инертор: настроенный инертор с демпфированием массы (TMDI). Имея тот же принцип работы, что и TID, TMDI можно использовать для уменьшения структурных колебаний, вызываемых стохастическими нагрузками [12].

Недавно было предложено новое эффективное устройство, демпфер с ускоренным осциллятором (AOD), для подавления колебаний строительных конструкций при сейсмических нагрузках [13]. AOD включает массу осциллятора, трансмиссию, пружину и вязкий демпфер. Кинетическая энергия присоединенного осциллятора пропорциональна квадрату его скорости. Система реечно-зубчатой ​​передачи увеличила скорость массы осциллятора. В результате кинетическая энергия присоединенного осциллятора усиливается, что приводит к уменьшению кинетической энергии структур в соответствии с принципом сохранения энергии.Было обнаружено, что система AOD превосходит традиционную систему TMD в кратковременных интервалах нагрузки или при максимальных сейсмических нагрузках.

2. Демпфер с настраиваемой массой

Концепция TMD была предложена Frahm и подана на патент США в 1909 году. После более чем 100 лет разработки он стал самым популярным типом демпфера. На раннем этапе применение TMD в основном было сосредоточено на проблеме вибрации механических систем. С 1971 года системы TMD широко используются в гражданских сооружениях, таких как высотные здания, башни, башни и настилы вантовых мостов, а также висячие мосты.

2.1. Уравнения движения системы TMD

В соответствии с рисунком 1 уравнения движения системы структура-TMD с одной степенью свободы (SDOF) представлены как [18]

MX¨t + KXt − cẋt − Ẋt − kxt −Xt = PtE1

mx¨t + cẋt − Ẋt + kxt − Xt = ptE2

где M - первичная масса, м - вторичная масса, K - жесткость первичной пружины, k - жесткость вторичной пружины, c, - вторичное демпфирование, P ( t ) - сила, действующая на первичную массу, и p ( t ) - сила, действующая на массу амортизатора.

Рисунок 1.

Схематическое изображение системы TMD.

Для дальнейшего обсуждения другие символы вводятся следующим образом:

ω - частота гармонического возбуждения; Ω - собственная частота первичной массы, Ω = K / M; ωa - собственная частота вторичной массы, ωa = k / m; μ - отношение массы демпфера к первичной массе, μ = m / M; g1 - отношение частоты возбуждения к собственной частоте первичной массы, g1 = ω / Ω; f - отношение частот, f = ωa / Ω; ζd - коэффициент демпфирования TMD; и ζ - коэффициент демпфирования первичной массы.

Ден Хартог [3] изучил выражения в замкнутой форме оптимальных параметров демпфера f и ζd, которые минимизируют установившийся отклик первичной массы, подвергнутой гармоническому возбуждению. Оптимальные параметры демпфера можно рассчитать по следующим уравнениям:

fopt = 11 + μE3

ζdopt = 3μ81 + μE4

Когда конструкция подвергается гармоническому базовому возбуждению, оптимальные параметры демпфера могут быть выражены как

fopt = 11 + μ2 − μ2E5

ζdopt = 3μ81 + μ2 − μ2E6

2.2. Механические характеристики TMD

TMD - это устройство, пассивное поглощающее энергию, прикрепленное к вибрирующей первичной структуре для уменьшения нежелательных вибраций [15]. Было обнаружено, что если вторичная система реализована на первичной структуре и ее собственная частота настроена так, чтобы быть очень близкой к доминирующему режиму первичной структуры, может быть достигнуто большое снижение динамических характеристик первичной структуры [14, 16]. Настроенные массовые демпферы эффективны для уменьшения отклика конструкций из-за гармонического [17] или ветрового [18] возбуждения.Стационарный гармонический анализ эффекта расстройки с изменяющимися частотами возбуждения был исследован Рана и Сунг. Было обнаружено, что если параметры TMD отклоняются от своих оптимальных значений, ожидается, что управление откликом ухудшится.

Хотя основная концепция конструкции TMD очень проста, параметры (масса, жесткость и демпфирование) системы TMD должны быть получены с помощью оптимальных процедур проектирования для достижения лучших характеристик управления. Поэтому определение оптимальных проектных параметров TMD для повышения эффективности управления стало очень важным [16].

TMD имеют множество преимуществ, таких как простота, эффективность и низкая стоимость [19]. Однако демпфер с одной настроенной массой (STMD) чувствителен к соотношению частот TMD и конструкции, а также к коэффициенту демпфирования TMD. В результате Xu и Igusa [4] предложили использовать более одного TMD с разными параметрами для повышения эффективности и надежности.

2.3. Демпферы с несколькими настроенными массами

Для дальнейшего улучшения недостатков надежности и эффективности TMD, Игуса и Сюй предложили демпфер с несколькими настраиваемыми массами с несколькими различными динамическими характеристиками и линейным распределением частот, а именно MTMD.MTMD и TMD работают в основном одинаково, за исключением того, что MTMD состоит из нескольких TMD. Они работают вместе при внешнем возбуждении нагрузки для достижения наилучшего поглощения вибрации.

Как показано на рисунке 2, m s - это масса первичной конструкции, а k s и c s - жесткость и демпфирование первичной конструкции соответственно; MTMD в основном состоит из n TMD (выраженных индексами от 1 до n), и соответствующие параметры массы, жесткости и демпфирования ( m , k и c ) каждого TMD могут быть разными ( обозначаются индексами от 1 до n).Фактически, эти параметры обычно различаются для лучшего контроля вибрации, но частота каждого TMD сосредоточена на частоте основного режима управления. Когда основная конструкция возбуждается внешними нагрузками, масса m, не совпадающая по фазе с основной конструкцией, прикладывается к основной конструкции с силой, противоположной направлению движения, тем самым достигая цели демпфирования.

Рис. 2.

Схематическое изображение системы MTMD.

Преимущества MTMD следующие: (1) по сравнению с TMD, MTMD больше подходят для управления структурной вибрацией при изменении частоты, потому что TMD - это одна частота, а MTMD состоит из нескольких TMD с разными частотами, которые могут адаптироваться к более широкой полосе пропускания, то есть более надежной; (2) MTMD более достижимы, чем TMD, потому что вес одной TMD обычно составляет 1–4% от массы основной конструкции (большая сосредоточенная нагрузка), что может вызвать локальное повреждение здания, где TMD установлен, но MTMD состоит из нескольких TMD, эффективно распределяющих вес массы, имеет небольшие размеры и достижимый; (3) простая установка, удобное обслуживание и низкая стоимость.

Однако оптимизировать параметры MTMD сложнее. Сколько TMD следует использовать в структуре? Как выбрать параметры каждого TMD? Где должен быть установлен каждый TMD? Все эти вопросы нужно решить правильно. Кроме того, выбор этих параметров будет зависеть от условий на площадке, поэтому проблема оптимизации параметров требует дальнейшего изучения.

TMD и MTMD были установлены в высотных зданиях или пешеходных мостах для уменьшения вибраций, вызываемых ветром.Типичными примерами являются: башня Джона Хэнкока в Бостоне, офисное здание центра Citicorp в Нью-Йорке, Терраса на здании парка в Нью-Йорке и башня Тайбэй 101 на Тайване [16].

2.4. Настроенный жидкостный демпфер

Настроенный жидкостный демпфер (TLD) - это тип TMD, в котором масса заменяется жидкостью. TLD состоит из жестких прямоугольных резервуаров, частично заполненных жидкостью. Его демпфирующий эффект возникает из-за сил или моментов колебания жидкости, которые могут изменить динамические свойства конструкции и уменьшить динамический отклик системы, подверженной внешнему возбуждению.Изменяя базовую частоту колебания TLD близко к собственной частоте конструкции, силы инерции могут действовать в направлении, противоположном внешней силе возбуждения, что снижает отклик конструкции с TLD. Собственную частоту TLD можно контролировать, регулируя глубину жидкости и размер контейнера.

Поскольку TLD имеет много преимуществ по сравнению с другими традиционными амортизаторами, он привлек много внимания для снижения вибрации во многих областях применения.Он не требует значительного обслуживания и легко устанавливается в строительных конструкциях [20]. Отклик типичной структуры SDOF снижается примерно на 30%, если TLD имеет отношение глубины 0,15 и отношение масс 4%. Применение TLD использовалось в качестве устройств пассивного контроля для управления вибрациями строительных конструкций при динамических нагрузках, вызванных ветром и землетрясением.

2,5. Активный демпфер настроенной массы и полуактивный демпфер настроенной массы

С развитием компьютерных технологий и современной теории управления технология структурного управления простирается от пассивного управления до активного и полуактивного управления.На основе пассивно управляемого TMD был введен активный демпфер настроенной массы (ATMD) с активным контроллером, использующим внешний источник энергии для создания дополнительных сил на конструкции, и были предложены процедуры оптимизации для расчета требуемых управляющих сил. Следовательно, ATMD эффективен в подавлении сейсмической реакции и более устойчив к ошибкам настройки при соответствующем использовании обратной связи. С 1980-х годов системы управления ATMD для строительных конструкций привлекают большое внимание [21].

Система управления ATMD состоит из трех подсистем, а именно датчика, лица, принимающего решения по управлению, и устройства ATMD. Активный механизм управления включен между SDOF, соответствующим модели здания, и массой демпфера [22].

Уравнения движения здания MDOF выражаются как

Mx¨ + Cẋ + Kx = F + B0uE7

, где [ M ] n × n , [ C ] n × n и [ K ] n × n - матрицы массы, демпфирования и жесткости конструкции соответственно; { x } n × 1 - вектор, содержащий степени свободы смещения; { F } n × 1 - вектор, содержащий силы внешнего возбуждения; { B 0 } n × 1 - вектор, описывающий расположение элемента управления; и и - скалярное управление; если u = 0, активного управляющего входа в конструкцию нет.

Полуактивный настраиваемый демпфер массы (полу-ATMD) представляет собой устройство с регулируемым демпфированием, изменяющимся во времени, заменяющее активный контроллер ATMD. По сравнению с классическими активными амортизаторами, полу-ATMD требует небольшого количества активной силы или энергии для изменения клапана демпфирования, но не рассеивает полную энергию конструкций напрямую. В некотором смысле, полу-ATMD можно скорее рассматривать как пассивное устройство, чем как чистый активный демпфер настроенной массы.

3. Гаситель динамических колебаний на основе инертора

3.1. Настроенный инерционный демпфер

Настроенный инерционный демпфер (TID) - это новая форма TMD, в которой масса заменена на инертор. Инертер, как показано на рисунке 3, представляет собой двухполюсное механическое устройство, развивающее силу сопротивления, пропорциональную относительному ускорению его выводов. Простой подход к созданию инертора состоит в том, чтобы иметь шток, скользящий в линейных подшипниках, который приводит в движение маховик через рейку, шестерню и шестерню.

Рисунок 3.

Схематическое изображение двухполюсного маховика.

TID, как показано на рисунке 4, предлагают многообещающую альтернативу TMD из-за того, что инерторы, которые создают силу, пропорциональную относительному ускорению их выводов, имеют зубчатую передачу и могут производить гораздо большую кажущуюся массу, чем фактическая масса устройства. Следовательно, коэффициент модального демпфирования, полученный с помощью TID, может быть выше, чем коэффициент, достигаемый традиционным вязким демпфером или TMD. Коммерчески доступный инертер, Penske 8760H, имеет кажущееся отношение массы (инертности) к массе устройства 38 (сообщалось о более высоких массовых отношениях, таких как 200), тогда как TMD имеет общее массовое отношение 10%.

Рис. 4.

Схематическая демонстрация TID.

3.2. Демпфер-инертер с настроенной массой

Демпфер-инертер с настроенной массой (TMDI) можно рассматривать как обобщение обычного TMD для уменьшения колебаний конструкции, вызываемых стохастическими нагрузками. TMDI использует «эффект увеличения массы» инертора для достижения улучшенных характеристик по сравнению с классическим TMD.

На рисунке 5 показана первичная структура SDOF, включающая конфигурацию системы TMDI.Уравнения движения линейной динамической системы, показанной на рисунке 5, могут быть выражены как

mTMD + b00m1x¨TMDx¨1 + mTMD + b00m1ẋTMDẋ1 + mTMD + b00m1ẋTMDẋ1 = −ẋTMDẋ1agE8

Рисунок 5. Первичная структура системы

SDOF-TMDI.

Было доказано, что оптимально разработанная система TMDI более эффективна, чем обычная TMD, в уменьшении дисперсии смещения незатухающих первичных структур SDOF, возбуждаемых белым шумом.

Основное применение TMDI - устройства пассивного управления для подавления вибраций в строительных конструкциях при динамических нагрузках, таких как автомобили, ветер, дождь, землетрясение и т. Д.

4. Демпфер с ускоренным осциллятором

Недавно было предложено новое демпферное устройство, демпфер с ускоренным осциллятором (AOD) [13]. Система AOD включает в себя массу осциллятора, трансмиссию, пружину и вязкий демпфер. Как показано на рисунке 6, колебательное движение первичной конструкции передается зубчатой ​​передачей, чтобы увеличить скорость массы вторичного осциллятора. Вместо того, чтобы приводить в действие инертор с маховиком, AOD усиливает и передает движение первичной структуры другому вторичному осциллятору большей массы, чем масса инертора.Следовательно, AOD может получить эффективность снижения вибрации, аналогичную TID и TMDI, но для системы передачи не требуется очень высокое передаточное отношение, чего легче достичь в инженерной практике.

Рис. 6.

Схематическая демонстрация системы AOD.

Кинетическая энергия присоединенного осциллятора пропорциональна квадрату его скорости, а система реечной передачи увеличила скорость массы осциллятора. В результате кинетическая энергия массы осциллятора также усиливается, что приводит к уменьшению кинетической энергии первичной структуры в соответствии с принципом сохранения энергии.

Уравнения движения демпферной системы ускоренного осциллятора были установлены Таном [13] как

x¨1 + c1 + r2c2m1 + r2m2ẋ1 + k1 + r2k2m1 + r2m2x1 = ftm1 + r2m2E9

, где x1and ẋ1 - величина смещения первичная структура; м 1 и м 2 - основная масса и масса осциллятора; k 1 - жесткость основной конструкции; c 1 - постоянная демпфирования первичной структуры; f ( t ) - внешняя сила; r - передаточное число; x2 и ẋ2 - смещение и скорость осциллятора; k 2 - жесткость пружины присоединенной вторичной конструкции; и c 2 - добавленная постоянная демпфирования вторичной структуры.

Демпфер с несколькими ускоренными осцилляторами (MAOD) определяется как несколько устройств AOD, параллельно прикрепленных к основной конструкции. Системы AOD и MAOD можно рассматривать как обобщенные системы SDOF. Они имеют те же формы уравнения движения, что и обычная система SDOF.

Эффект отношения масс AOD или MAOD аналогичен влиянию систем TMD, но передаточное отношение играет более важную роль в снижении вибрации. Устройства AOD или MAOD с передаточным отношением больше 2 могут достигать замечательного демпфирующего эффекта.Массовое отношение системы AOD или MAOD (сумма общей массы осциллятора) обычно может быть выбрано ниже 1%.

Было обнаружено, что системы AOD и MAOD более эффективны, чем обычные системы TMD, при коротких интервалах нагрузки и максимальных сейсмических нагрузках. Таким образом, их можно использовать для снижения вибрации строительных конструкций при ветровых и сейсмических воздействиях.

5. Выводы

Колебания, вызванные транспортными средствами, ветром, волнами на воде, землетрясениями и другими динамическими нагрузками, являются универсальным типом движений в механических конструкциях и строительных конструкциях.Были предложены различные устройства для снижения вибрации для уменьшения нежелательных колебаний в любой области. Демпферы осцилляторов, обычно использующие силу инерции осцилляторов для подавления вибраций первичных структур, часто используются как TMD, MTMD, TLD, ATMD, полу-ATMD, TID, TMDI, AOD, MAOD и т. Д.

TMD

эффективны в снижении отклика конструкций из-за гармонического или ветрового возбуждения, но расстройка ухудшает управление откликом. MTMD более надежны, чем TMD, и адаптируются к более широкой полосе пропускания.TLD не требуют больших затрат на обслуживание и эксплуатацию и легко устанавливаются в существующие строительные конструкции. Параметрическая оптимизация важна для TMD, MTMD и TLD, поскольку она определяет эффективность демпфирования и надежность демпферов.

Инерторный динамический гаситель колебаний включает в себя TID и TMDI. Преимущество использования TID и TMDI проистекает из использования в инерторе передачи, что эквивалентно увеличивает массу демпферов.

AOD - это массовый демпфер, состоящий из массы осциллятора, трансмиссии, пружины и вязкого демпфера.Колебательное движение первичной структуры передается через зубчатую передачу для увеличения скорости массы вторичного осциллятора. При усилении кинетической энергии осциллятора вибрация первичных структур уменьшается. Передаточное число более эффективно снижает вибрацию, чем передаточное число. Система AOD превосходит традиционную систему TMD в кратковременных интервалах нагрузки или при максимальных сейсмических нагрузках.

Мосты и высотные здания будут подвергаться чрезвычайно большим нагрузкам во время стихийных бедствий, таких как ураганы и землетрясения, и безопасность сооружений столкнется с серьезными проблемами.Применение осциллирующих демпферов может в некоторой степени снизить структурные повреждения, вызванные вибрациями, что предотвращает разрушение строительных конструкций во время стихийных бедствий.

Благодарности

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку Китайскому фонду естественных наук, № 51008047.

Конфликт интересов

Мы заявляем, что у нас нет конфликта интересов.

.

Смотрите также