Вопрос — ответ

Полуклассический подход

Максимальная энергия фотонов, получаемая при генерации высоких гармоник, определяется отсечкой гармонического плато. Это можно рассчитать классическим способом, исследуя максимальную энергию, которую ионизированный электрон может получить в электрическом поле лазера. Энергия отключения определяется выражением;

EмаИксзнак равнояп+3,17Uп{\ displaystyle E_ {max} = I_ {p} + 3,17U_ {p}}

где U _p — пондеромоторная энергия лазерного поля, I _p — потенциал ионизации .

Этот вывод энергии отсечки получен из полуклассического расчета. Электрон первоначально рассматривается квантово-механически, поскольку он туннельно ионизируется от родительского атома, но затем его последующая динамика рассматривается классически. Предполагается, что электрон рождается в вакууме с нулевой начальной скоростью и затем ускоряется электрическим полем лазерного луча .

Трехступенчатая модель

Через половину оптического цикла после ионизации электрон меняет направление на противоположное при изменении электрического поля и ускоряется обратно к родительскому ядру. По возвращении в исходное ядро ​​он может испускать излучение, подобное тормозному излучению, в процессе рекомбинации с атомом, когда он возвращается в свое основное состояние . Это описание стало известно как реколлизионная модель генерации высоких гармоник.

Энергия возврата электронов (полная синяя кривая) и время отклонения (синяя пунктирная кривая) как функция времени возврата

Поскольку частота испускаемого излучения зависит как от кинетической энергии, так и от потенциала ионизации, разные частоты излучаются с разным временем рекомбинации (т. Е. Излучаемый импульс чирпируется ). Более того, для каждой частоты есть два соответствующих времени рекомбинации. Мы называем эти две траектории короткой траекторией (которая излучается первыми) и длинной траекторией.

Некоторые интересные ограничения на процесс HHG, которые объясняются этой моделью, показывают, что HHG будет возникать только в том случае, если управляющее лазерное поле линейно поляризовано. Эллиптичность лазерного луча заставляет возвращающийся электрон промахнуться мимо родительского ядра. Квантово-механически перекрытие возвращающегося электронного волнового пакета с ядерным волновым пакетом уменьшается. Это наблюдалось экспериментально, когда интенсивность гармоник быстро уменьшается с увеличением эллиптичности. Другой эффект, ограничивающий интенсивность управляющего лазера, — это сила Лоренца . При интенсивностях выше 10 16 WCM -2 магнитного компонент лазерного импульса, который игнорируется в слабых местах оптики, может стать достаточно сильным , чтобы отклонить возвращающийся электрон. Это заставит его «пропустить» родительское ядро ​​и, следовательно, предотвратить HHG.

Тембр музыкальных инструментов

Относительные амплитуды (силы) различных гармоник в первую очередь определяют тембр различных инструментов и звуков, хотя начальные переходные процессы , форманты , шумы и негармоничности также играют роль. Например, у кларнета и саксофона похожие мундштуки и трости , и оба издают звук за счет резонанса воздуха внутри камеры, конец мундштука которой считается закрытым. Поскольку резонатор кларнет является цилиндрическим, даже -numbered гармоники менее присутствует. Резонатор саксофона имеет коническую форму, что позволяет четным гармоникам звучать сильнее и, таким образом, дает более сложный тон. Нарушающий гармонию Звон металла резонатора инструмента является еще более заметным в звуки медных духовых инструментов.

Человеческие уши склонны группировать когерентные по фазе, гармонически связанные частотные составляющие в одно ощущение. Вместо того, чтобы воспринимать отдельные части музыкального тона — гармонические и негармонические, люди воспринимают их вместе как цвет тона или тембр, а общая высота звука воспринимается как основа переживаемой гармонической последовательности. Если слышен звук, состоящий даже из нескольких одновременных синусоидальных тонов, и если интервалы между этими тонами образуют часть гармонической последовательности, мозг имеет тенденцию группировать этот вход в ощущение высоты основного тона этого звука. серию, даже если основного нет .

Вариации частоты гармоник также могут влиять на воспринимаемую основную высоту звука. Эти вариации, наиболее четко задокументированные в фортепиано и других струнных инструментах, но также очевидные в медных духовых инструментах , вызваны сочетанием жесткости металла и взаимодействием колеблющегося воздуха или струны с резонирующим корпусом инструмента.

Частоты, длины волн и музыкальные интервалы в примерах систем

Четные струнные гармоники от 2-й до 64-й (5 октав).

Один из самых простых случаев для визуализации — это вибрирующая струна, как на иллюстрации; струна имеет фиксированные точки на каждом конце, и каждая гармоническая мода делит ее на 1, 2, 3, 4 и т. д., секции равного размера, резонирующие на все более высоких частотах. Аналогичные аргументы применимы к вибрирующим воздушным столбам в духовых инструментах (например, «валторна изначально была бесклапанным инструментом, который мог воспроизводить только ноты гармонического ряда»), хотя они усложняются возможностью наличия противоузлов (что То есть, столб воздуха закрыт с одного конца и открыт с другого), конические, в отличие от цилиндрических отверстий , или концевые отверстия, которые охватывают весь спектр от отсутствия раструба, конуса или раструба экспоненциальной формы (например, в различных раструбах) .

В большинстве музыкальных инструментов с тональной настройкой основная гармоника (первая гармоника) сопровождается другими, более высокочастотными гармониками. Таким образом, более коротковолновые и высокочастотные волны возникают с разной степенью выраженности и придают каждому инструменту характерное качество звука. Тот факт, что струна закреплена на каждом конце, означает, что самая длинная разрешенная длина волны на струне (которая дает основную частоту) в два раза больше длины струны (один круговой обход, с подгонкой полупериода между узлами на двух концах. ). Другие разрешенные длины волны 1 / ₂ , 1 / ₃ , 1 / ₄ , 1 / ₅ , 1 / ₆ , и т.д. раз больше , чем основные.

Теоретически эти более короткие длины волн соответствуют колебаниям на частотах, которые в 2, 3, 4, 5, 6 и т.д. раз больше основной частоты. Физические характеристики колеблющейся среды и / или резонатора, против которого она вибрирует, часто изменяют эти частоты. (См. Негармоничность и растянутую настройку для изменений, характерных для струнных инструментов и некоторых электрических пианино.) Однако эти изменения небольшие, и, за исключением точной, узкоспециализированной настройки, разумно рассматривать частоты гармонического ряда как целые числа. кратные основной частоте.

Гармонический ряд — это арифметический ряд (1 × f , 2 × f , 3 × f , 4 × f , 5 × f , …). С точки зрения частоты (измеряется в циклах в секунду или герцах (Гц), где f — основная частота), разность между последовательными гармониками, следовательно, постоянна и равна основной частоте. Но поскольку человеческие уши реагируют на звук нелинейно, более высокие гармоники воспринимаются как «более близкие друг к другу», чем более низкие. С другой стороны, октавный ряд — это геометрическая прогрессия (2 × f , 4 × f , 8 × f , 16 × f , …), и люди воспринимают эти расстояния как в смысле музыкального интервала. . С точки зрения того, что человек слышит, каждая октава в гармоническом ряду делится на все более «меньшие» и более многочисленные интервалы.

Вторая гармоника, частота которой вдвое больше основной, звучит на октаву выше; третья гармоника, в три раза превышающая частоту основной гармоники, звучит на идеальную пятую часть выше второй гармоники. Четвертая гармоника колеблется в четыре раза выше основной и звучит на четверть выше третьей гармоники (на две октавы выше основной). Удвоение номера гармоники означает удвоение частоты (что звучит на октаву выше).

Иллюстрация в нотной записи гармонического ряда (на C) до 20-й гармоники. Цифры над гармоникой указывают разницу — в центах — от одинаковой темперации (с округлением до ближайшего целого числа). Синие ноты очень плоские, а красные очень резкие. Слушатели, привыкшие к большему количеству тональных настроек, например к темпераментам среднего и хорошего , замечают, что многие другие ноты «выключены».

Гармоники на C, от 1-й (основной) до 32-й (на 5 октав выше). Нотация используется на основе по Бен Джонстон Play ( помощь ˙ информации ) 

Гармонический ряд как нотная запись с обозначенными интервалами между гармониками. Синие ноты наиболее существенно отличаются от ровного темперамента. Можно послушать A ₂ (110 Гц) и 15 его партиций.

Штатные обозначения частных 1, 3, 5, 7, 11, 13, 17 и 19 на C. Это « простые гармоники». Играть ( помощь · информация ) 

Как пишет Мерсенн , «порядок созвучий естественен, и … то, как мы их считаем, от единицы до числа шесть и выше, основано на природе». Однако, по словам Карла Дальхауза , «интервал-расстояние ряда естественных тонов , считая до 20, включает в себя все, от октавы до четверти тона, (и) полезные и бесполезные музыкальные произведения. тона. Ряд естественных тонов оправдывает все, то есть ничего ».

Найти показания приборов при разомкнутом и замкнутом ключе

Найти показания приборов при разомкнутом и замкнутом ключе S в трехфазной цени (рис. 12.22, а), имеющей соединенную звездой трехфазную систему источников (вторичные обмотки трехфазного трансформатора) с фазными ЭДС (в вольтах):

Сопротивление источника для 1-й гармоники . Приемником служат три конденсатора, соединенных звездой. Для 1-й гармоники .

Рис. 12.22

Решение. Найдем показания приборов (индексы токов и напряжений соответствуют обозначениям приборов в схеме).

Для случая звезды без нейтрального провода (ключ S разомкнут)

Для случая звезды с нейтральным проводом (ключ S замкнут)

Близость к резонансу на 3-й гармонике привела к очень большому значению тока 3-й гармоники в нейтрали. В этом случае оказалось, что линейное напряжение, которое не содержит 3-й гармоники, меньше фазного, так как вследствие почти резонансного режима 3-я гармоника фазного напряжения больше основной.

Пример 12.13. 

Решения для компенсации и уменьшения гармоник

В то время как стандарты для ограничения генерации гармонических токов находятся на рассмотрении, гармонический контроль в настоящее время опирается в первую очередь на методы исправления. Существует несколько подходов, которые могут быть приняты для компенсации или уменьшения гармоник в энергосистеме с различной степенью эффективности и эффективности.

1. Негабаритная нейтральная проводка

В современных установках нейтральная проводка всегда должна быть указана как та же, что и силовая проводка, или больше, даже если электрические коды могут разрешать прокладку нейтрального провода. Соответствующая конструкция для поддержки нагрузки многих персональных компьютеров, таких как центр обработки вызовов, указывает, что нейтральная проводка превысит пропускную способность фазового провода примерно на 200 процентов .

2. Используйте отдельные нейтральные проводники

В трехфазных цепях ветвления вместо установки многопроводной ответвительной цепи, использующей нейтральный проводник, проведите отдельные нейтральные проводники для каждого фазного проводника . Это увеличивает пропускную способность и способность ответвлений для обработки гармонических нагрузок.

Этот подход успешно устраняет добавление гармонических токов в нейтральных ветвях, но нейтральная проводка панели и питающий нейтральный проводник все еще должны рассматриваться.

3. Используйте источники питания постоянного тока, на которые не влияют гармоники

В типичном центре обработки данных система распределения энергии преобразует мощность переменного тока на 480 вольт через трансформатор, который отключает его до 208 В переменного тока, который питает стойки серверов. Один или несколько источников питания на каждом сервере преобразуют этот вход переменного тока в постоянное напряжение, соответствующее внутренним компонентам устройства.

Эти внутренние источники питания не являются энергоэффективными, и они генерируют значительную теплоту, что накладывает дорогостоящую нагрузку на систему кондиционирования воздуха в помещении. Теплоотдача также ограничивает количество серверов, которые могут размещаться в центре обработки данных.

Может ли быть целесообразным устранить этот шаг, переключив питание на постоянный ток?

Согласно статье в журнале Energy and Power Management, компьютеры и серверы, оснащенные источниками постоянного тока вместо источников питания переменного тока, дают на 20-40% меньше тепла, снижают потребление энергии на 30%, повышают надежность сервера, обеспечивают гибкость установки и испытывают снижение требований к обслуживанию ».

Это звучит хорошо, но когда стоимость, совместимость, надежность и эффективность рассматриваются вместе, переход от переменного тока к электропитанию постоянного тока не оправдан для большинства центров обработки данных. Питание от сети переменного тока, даже если оно немного менее эффективно, является общеприемлемым для существующего оборудования.

4. Используйте K-номинальные трансформаторы в компонентах распределения питания

Стандартный трансформатор не предназначен для высоких гармонических токов, создаваемых нелинейными нагрузками. Он будет перегреваться и выходить из строя преждевременно при подключении к этим нагрузкам. Когда гармоники были введены в электрические системы на уровнях, которые показали пагубные последствия (примерно в 1980 году), отрасль ответила разработкой трансформатора с К-номинальной мощностью.

K-номинальная табличка трансформатора (фото-кредит: emscomn.com)

Значения коэффициентов K-фактора варьируются от 1 до 50. Предполагается, что стандартный трансформатор, предназначенный для линейных нагрузок, имеет коэффициент K-1. Чем выше K-фактор, тем больше тепла от гармонических токов, которые может обрабатывать трансформатор. Правильный выбор K-фактора очень важен, поскольку он влияет на стоимость и безопасность.

Опасности и повреждения от электрических гармоник

Узнайте о гармониках в вашей электрической системе. Это не так, но сколько. Гармоники создают опасные проблемы, которые включают пожар и отказ оборудования от постоянного перегрева .

Рекомендации //

1. Устранение неисправностей гармоник питания Основные способы устранения неисправностей с помощью мультиметров и токовых зажимов от Fluke
2. Гармоники в вашей электрической системе EATON
3. Загрузка генератора, мониторинг гармоник и анализ сглаживания на установке по очистке воды Эдди Джонсом, ЧП; Ларри Рэй, ЧП; Тим Шютер, ЧП; Инженерные услуги Square D

Реактивная мощность

Реактивная мощность (энергия) — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = U*I *sin φ (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным).

Или другими словами: Потребители электроэнергии, в которых создается магнитное поле (моторы, дроссели, трансформаторы, индукционные нагреватели, сварочные генераторы), вызывают отставание тока от напряжения (сдвиг фаз), обусловленный наличием индуктивности. Запаздывание приводит к тому, что ток через индуктивную нагрузку сохраняет знак некоторое время после того, как знак напряжения уже изменился на отрицательный. В течение этого времени ток и напряжения приводит к образованию отрицательной энергии, которая возвращается обратно в сеть. При восстановлении одинакового знака тока и напряжения такое же количество энергии расходуется на создание магнитного поля в индуктивной нагрузке. Эти колебания энергии электромагнитного поля в цепях переменного тока и называются реактивной мощностью.

 Таблица 1. Ожидаемый экономический эффект при компенсации реактивной мощности.

cos(φ)1, безкомпенсации	cos(φ)2, с компенсацией	Снижение величины тока и полной мощности, %	Снижение величины тепловых потерь, %
0,5	0,9	44	69
0,5	1	50	75
0,6	0,9	33	55
0,6	1	40	64
0,7	0,9	22	39
0,7	1	30	51
0,8	1	20	36

Гармонические и негармонические сигналы.

И для начала давайте чуть подробнее разберемся, как же классифицируются сигналы. В первую очередь нас интересуют гармонические сигналы. Их форма повторяется через определенный интервал времени T, называемый периодом. Периодические сигналы в свою очередь делятся на два больших класса – гармонические и негармонические. Гармонический сигнал – это сигнал, который можно описать следующей функцией:

y = A cos(wt + \phi)

Здесь A – амплитуда сигнала, w – циклическая частота, а \phi – начальная фаза. Вы спросите – а как же синус? Разве синусоидальный сигнал не является гармоническим? Конечно, является, дело в том, что sin\alpha = cos(\frac{\pi}{2}\medspace-\medspace \alpha) – то есть сигналы отличаются начальной фазой, соответственно, синусоидальный сигнал не противоречит определению, которое мы дали для гармонических колебаний

Вторым подклассом периодических сигналов являются негармонические колебания. Вот пример негармонического сигнала:

Как видите, несмотря на “нестандартную” форму, сигнал остается периодическим, то есть его форма повторяется через интервал времени, равный периоду.

Для работы с такими сигналами и их исследования существует определенная методика, которая заключается в разложении сигнала в ряд Фурье. Суть методики состоит в том, что негармонический периодический сигнал (при выполнении определенных условий) можно представить в виде суммы гармонических колебаний с определенными амплитудами, частотами и начальными фазами. Важным нюансом является то, что все гармонические колебания, которые участвуют в суммировании, должны иметь частоты, кратные частоте исходного негармонического сигнала. Возможно это пока не совсем понятно, так что давайте рассмотрим практический пример и разберемся чуть подробнее Для примера используем сигнал, который изображен на рисунке чуть выше. Его можно представить следующим образом:

u(t) = u_1(t) + u_2(t) = 2 sin(t) + 1.5 sin(2t)

Давайте изобразим все эти сигналы на одном графике:

Функции u_1(t), u_2(t) называют гармониками сигнала, а ту из них, период которой равен периоду негармонического сигнала, называют первой или основной гармоникой. В данном случае первой гармоникой является функция u_1(t) (ее частота равна частоте исследуемого негармонического сигнала, соответственно, равны и их периоды). А функция u_2(t) = 1.5 sin(2t) представляет из себя ни что иное как вторую гармонику сигнала (ее частота в два раза больше). В общем случае, негармонический сигнал раскладывается на бесконечное число гармоник:

u(t) = U_0 + \sum_{i=0}^{\infty}{U_{k}\thinspace sin(\thinspace kwt + \phi_k\thinspace )}

В этой формуле U_k – амплитуда, а \phi_k – начальная фаза k-ой гармоники. Как мы уже упомянули чуть ранее, частоты всех гармоник кратны частоте первой гармоники, собственно, это мы и видим в этой формуле U_0 – это нулевая гармоника, ее частота равна 0, она равна среднему значению функции за период. Почему среднему? Смотрите – среднее значения функции синуса за период равно 0, а значит при усреднении в этой формуле все слагаемые, кроме U_0 будут равны 0.

Причины появления гармоник и их последствия

Гармоники — это искажения (отклонения от заданных параметров) синусоиды колебаний частоты и напряжения, вызванные сторонними факторами. Простая резистивная нагрузка имеет одинаковые   формы синусоиды. 

Синусоида колебаний в асинхронном двигателе

В линейных схемах (источник тока и нагрузка – резистор) синусоида идеально симметричная, и разность между синусоидами отсутствует. Однако в эту идеально гармоничную картину в сложных системах неизбежно вносятся помехи и добавляются новые гармоники. В современных реалиях одной из основных причин возникновения «вредоносных» гармоник являются разнообразные твердотельные силовые полупроводниковые устройства. Преобразователи частоты, тиристоры, диоды, устройства плавного пуска, другие элементы энергосистемы создают гармоники. Также источниками гармоник могут быть мощные потребители тока, трансформаторы, сварочное оборудование, системы промышленного освещения, выпрямители.

Теоретически, все нагрузки являются источниками гармоник и передают их в энергосистему. При этом источник энергии производит гармонику одной частоты (ее называют несущей).  

Предотвратить это явление невозможно, можно лишь снизить его негативное влияние на оборудование. Если этого не сделать, энергосистема может столкнуться с серьезными проблемами, так как гармоники представляют собой нечто вроде паразитных токов, которые в первую очередь нарушают эффективность энергосистемы. 

Так, несинусоидальность напряжения может привести к повышенному нагреву двигателя и созданию моментов вращения, которые приводят к вибрациям. В целом, гармоники способны вызвать повреждение конденсаторов, изоляции и короткие замыкания, перегрев и перегрузку трансформаторов, нарушить работу систем связи, чувствительной электроники и защитных устройств, основанных на измерении сопротивления.

Высшая гармоника — ток

Высшие гармоники тока, протекая по электрической цепи между ртутновыпрямительной установкой и питающей ее электростанцией, создают в элементах цепи добавочные падения напряжения. Таким образом, в кривых напряжения на зажимах выпрямительной установки и в других точках электрической системы появляются высшие гармоники напряжения тех же порядков, что в кривых тока.
 

Высшие гармоники тока, протекая по цепи конденсаторной установки, могут вызвать в последней перегрев и гудение конденсаторов; срабатывание максимальных реле тока или предохранителей, защищающих конденсаторы; перегрев контактов аппаратуры и токо-ведущих частей.
 

Графики зависимости тока срабатывания устройства типа КРБ-126 от удельного содержания гармоник тока различных порядков.

Высшие гармоники тока в воздушных линиях электропередачи ухудшают работу каналов связи.
 

Высшие гармоники тока могут вызвать опасные резонансные явления, если в цепях обмоток статора имеются емкости ( например, емкость длинных линий передачи и пр.
 

Высшие гармоники тока и напряжения влияют на погрешности электроизмерительных приборов. В практике эксплуатации су щественное значение имеет увеличение погрешностей индукционных счетчиков активной и реактивной энергии.
 

Графики частотных погрешностей индукционных счетчиков.| Эквивалентная схема сварочной машины.

Высшие гармоники тока и напряжения влияют на показания электроизмерительных приборов. В практике эксплуатации существенное значение имеет увеличение погрешностей индукционных счетчиков активной и реактивной энергий. Высшие гармоники тока и напряжения существенно увеличивают погрешности активных и реактивных счетчиков индукционного типа. При этом счетчики имеют большие отрицательные частотные погрешности, что ведет к недоучету расхода электроэнергии.
 

Высшие гармоники тока и напряжения влияют на погрешности электроизмерительных приборов. В практике эксплуатации существенное значение имеет увеличение погрешностей индукционных счетчиков активной и реактивной энергии. Например, при дополнительной частотной погрешности в 1 — 4 % в условиях прокатного стана 2000 за год недоучитывается около 5 млн. кВт — ч электроэнергии.
 

Высшие гармоники тока и напряжения обусловливают дополнительные потери электроэнергии, приводят к нагреву электрооборудования, кабелей, оказывают влияние на коммутационные процессы вентильных преобразователей, вызывают дополнительные потери и даже выход из строя конденсаторных батарей. В связи с этим ГОСТом допускается действующее значение всех высших гармоник не более 5 % от действующего значения напряжения основной частоты.
 

Высшие гармоники тока могут вызвать опасные резонансные явления, если в цепях обмоток статора имеются емкости ( например, емкость длинных линий передачи и пр.
 

Высшие гармоники тока якоря создают дополнительные электрические потери в проводниках обмотки якоря ( из-за явления вытеснения тока), увеличивая на 5 — 8 % основные электрические потери в ней. Дополнительные магнитные отери в стали маг-нитопровода, появляющиеся от высших гармоник поля, невелики, так как высшие гармоники МДС существенно уменьшаются токами демпферной обмотки.
 

Все высшие гармоники тока в нагрузке таких схем вызывают лишь дополнительный нагрев нагрузки и транзисторов. Для повышения быстродействия систем с электромагнитными механизмами желательно, чтобы форма импульсов тока в нагрузке была близка к прямоугольной.
 

Появление высших гармоник тока в цепи конденсаторной установки проявляется наиболее заметно в увеличении показаний амперметров, контролирующих ток в цепи, причем это увеличение происходит непропорционально напряжению на зажимах установки.
 

Кривые начальных фаз Кривые начальных фаз высших гармоник тока сварочных гармоник тока сварочных выпря-выпрямителей для режима В, мителей для режима С.| Принципиальная схема установки для сварки трехфазной электрической дугой.

Гармоника — сигнал

Структурная схема частотной декады с косвенным синтезом частоты при помощи ФАПЧ.| Принцип работы молекулярного генератора.

Гармоника сигнала, которую необходимо выделить, поступает на вход смесителя СМ /, где ее частота преобразуется с частотой сигнала вспомогательного гетеродина. На смесителе СМ Я частота исходной гармоники восстанавливается. Гетеродинный фильтр может иметь частоту настройки фильтра Ф 1 выше или ниже частот гармоник опорного сигнала. Для подавления нерабочих гармоник исходного спектра и составляющих с комбинационны ми частотами, возникающими при преобразовании сигналов в смесителе СМ / /, используется фильтр Ф III. Сильное подавление комбинационных частот достигается подбором соотношения между частотами преобразуемых сигналов, которое должно быть близко к единице либо много меньше ее.
 

Гармоники сигналов звукового сопровождения, возникающие в цепи частотного детектора, также иногда могут вызвать сильные искажения изображения и звука.
 

Топография распределения амплитуд гармонических составляющих сигнала накладного вихретокового преобразователя при сканировании поверхности нагруженного плоского образца с концентратором напряжения в виде бокового пропила. а — амплитуда 1 — — Й гармоники. е — 2 — и гармоники. б — 3 — и гармоники. г — 5 — и гармоники.

Для исследования параметров гармоник сигнала при растяжении плоских образцов с концентратором напряжения — боковым пропилом на поверхность образца была нанесена сетка, в узлах которой производились измерения.
 

Нелинейность вызывает появление дополнительных гармоник сигнала, приложенного ко входу усилителя. Это искажение происходит главным образом в выходных каскадах и зависит от амплитуды сигнала в этих каскадах. Обозначим через U выходное напряжение усилителя, который мы последовательно будем применять с отрицательной обратной связью и без нее.
 

Для уменьшения фазовых искажений важнейшие гармоники сигнала должны быть меньше половины частоты среза.
 

МГц ( взаимодействие третьих гармоник сигнала помехи и гетеродина), отстоящей на две трети промежуточной частоты от частоты настройки контуров преселектора. Таким образом, по мере увеличения номера гармоник частота помехи все дальше отодвигается от частоты настройки преселектора. Делают это точно так же, как и при измерении ослабления зеркальной помехи, перестраивая ГСС на половину значения промежуточной частоты от частоты настройки приемника вверх по частоте, если частота гетеродина выше частоты настройки контуров преселектора. Ослабление такой помехи, конечно, не должно быть хуже, чем ослабление зеркальной помехи.
 

При совпадении какой-либо из частот гармоник сигнала с частотой анализирующего контура наблюдается резкое ( в силу высокой добротности) увеличение колебаний в контуре и, следовательно, на экране осциллографа. Отношение амплитуд гармоник будет в точности соответствовать отношению величин отклонений луча осциллографа, а номер гармоники легко определить по шкале звукового генератора, зная основную частоту, или по фигурам Лиссажу на экране.
 

Описаны результаты экспериментального исследования влияния гармоник сигнала на протекание явления динамического пробоя. Показано, что нельзя считать параметры пробоя зависящими от режимов по какой-либо одной гармонике. Кроме целого ряда гармоник, на параметры динамического пробоя оказывают влияние еще некоторые частоты, генерируемые диодом при большом сигнале. Приведено предельное значение напряжения смещения, при котором можно еще работать на исследуемых диодах без развития динамического пробоя.
 

Характер изменения амплитуд и фаз гармоник сигнала зависит от условий намагничивания деталей.
 

Изображение энергетической спектральной функции.| Изображение дискретного гармонического спектра.

Спектральные составляющие с кратными частотами называются гармониками сигнала ( см. § 1.4.1), а дискретный спектр, состоящий из гармоник ( рис. 5.3), — гармоническим спектром.
 

В результате выходной сигнал генератора синхронизируется с соответствующей гармоникой сигнала образцовой частоты.
 

Отсюда следует, что, измеряя амплитуду какой-либо гармоники сигнала при сканировании частоты v вблизи центра v0 линии поглощения, можно получить информацию как о поглощении, так и о форме интересующей нас спектральной линии.
 

Колебательный контур, резонанс

Колебательный контур, электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности и конденсатор, в которой могут возбуждаться электрические колебания. Если в некоторый момент времени зарядить конденсатор до напряжения V, то энергия, сосредоточенная в электрическом поле конденсатора, равна

Е_с=CV2/2,

где С — ёмкость конденсатора.

При разрядке конденсатора в катушке потечёт токI, который будет возрастать до тех пор, пока конденсатор полностью не разрядится. В этот момент электрическая энергияКолебательного контураE_c= 0, амагнитная,сосредоточенная в катушке,

E_L=LI2/2,

гдеL- индуктивность катушки,I- максимальное значение тока.

 

Затем ток в катушке начинает падать, а напряжение на конденсаторе возрастать по абсолютной величине, но с противоположным знаком. Спустя некоторое время ток через индуктивность прекратится, а конденсатор зарядится до напряжения -V. ЭнергияКолебательного контуравновь сосредоточится в заряженном конденсаторе. Далее процесс повторяется, но с противоположным направлением тока. Напряжение на обкладках конденсатора меняется по законуV=Vcos wt, аток в катушке индуктивностиI=Isin wt, т. е. вКолебательном контуревозбуждаются собственные гармонические колебания напряжения и тока с частотой w= 2 p/T, гдеT- период собственных колебаний, равныйT= 2p. ВКолебательном контуредважды за период происходит перекачка энергии из электрического поля конденсатора вмагнитноеполе катушки индуктивности и обратно.  В реальныхКолебательных контурах, часть энергии теряется. Она тратится на нагрев проводов катушки, обладающих активным сопротивлением, на излучение электромагнитных волн в окружающее пространство и потери в диэлектриках,что приводит к затуханию колебаний. Амплитуда колебаний постепенно уменьшается, так что напряжение на обкладках конденсатора меняется уже по закону:V=Ve-dtcoswt,где коэффициент d =R/2L -показатель (коэффициент) затухания, а w = — частота затухающих колебаний. Т. о., потери приводят к изменению не только амплитуды колебаний, но и их периодаТ = 2p/w.КачествоКолебательного контураобычно характеризуют его добротностью . ВеличинаQ определяет число колебаний, которое совершитКолебательный контурпосле однократной зарядки его конденсатора, прежде чем амплитуда колебаний уменьшится вераз (е- основание натуральных логарифмов).

Различные схемы соединения трехфазных цепей

Если фазы генератора соединены звездой, то при несинусоидальном фазном напряжении линейные напряжения, равные разностям напряжений двух смежных фаз, не содержат гармоник напряжений порядка, кратного трем, так как последние образуют системы нулевой последовательности.

Отсутствие гармоник порядка, кратного трем, в линейных напряжениях приводит к тому, что при несинусоидальных напряжениях отношение линейного напряжения к фазному меньше . Действительно, фазное напряжение

а линейное напряжение

Отсюда следует, что

При симметричной нагрузке фазные токи основной частоты и все высшие гармоники, за исключением высших гармоник порядка, кратного трем, образуют системы прямой и обратной последовательностей и дают в сумме нуль. Гармоники же порядка, кратного трем, образуют систему нулевой последовательности, т. е. имеют в любой момент времени одинаковые значения и направления. Поэтому ток в нейтральном проводе равен утроенной сумме токов высших гармоник нулевой последовательности:

При отсутствии нейтрального провода токи в каждой из фаз не могут содержать высших гармоник порядка, кратного трем, так как в этой схеме сумма токов в любой момент времени должна равняться нулю, что невозможно при наличии высших гармоник порядка, кратного трем. Поэтому в приемнике нет напряжений от токов нулевой последовательности и между нейтральными точками генератора и симметричного приемника может появиться значительное напряжение, содержащее только гармоники, кратные трем.

Если фазы генератора соединены треугольником, то при несинусоидальных ЭДС в фазах сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре генератора, не равна нулю, как при синусоидальных ЭДС, а равна тройной сумме высших гармоник порядка, кратного трем. Если включить вольтметр в рассечку треугольника (рис. 12.21), то вольтметр измерит гармоники ЭДС порядка, кратного трем, так как остальные в сумме дадут нуль, т. е.

Рис. 12.21

Открытый треугольник с ЭДС, содержащими высшие гармоники, применяется как утроитель частоты.

Если фазы соединены в замкнутый треугольник, то ЭДС гармоник порядка, кратного трем, вызывают внутренний ток в генераторе. Этот ток протекает в замкнутом треугольнике генератора даже и в режиме холостого хода генератора. Составляющая фазной ЭДС, содержащая гармоники порядка, кратного трем, однако, не выявляется между выводами фаз, так как она компенсируется падением напряжения на внутреннем сопротивлении фазы генератора. Фазное напряжение, равное в данном случае линейному,

Поэтому во внешней цепи, подключенной к генератору, обмотки которого соединены треугольником, токи не содержат гармоник порядка, кратного трем.

Фазный ток генератора при симметричной нагрузке

а линейный ток во внешней цепи

Пример 12.12. 

Леска

Главное достоинство монофильной нити – высокая износостойкость в сочетании с невосприимчивостью к колебанию температур и солнечным лучам. Недостаток – растяжимость от нахождения в воде и ухудшение передачи момента поклевки. Целесообразно использовать на дальности не свыше 35 м.

Плетенка позволяет реагировать на самые тонкие поклевки. Недостатки: цена и недолговечночть.

Лучший вариант для поводка – флюорокарбоновая леска.