Почему нагруженный трансформатор гудит

Содержание

Почему гудит трансформатор в блоке питания, усилителе, люстре

Почему нагруженный трансформатор гудит

Природа характерного звука, издаваемого трансформатором при работе, объясняется в школьном курсе физики (явление именуется магнитострикцией). Но влияние этого физического процесса на устройства, работающие в бытовых приборах ничтожно мало, поэтому причины гудения в большинстве случаев указывают на нештатную работу. Попробуем разобраться, почему гудит трансформатор в люстре, блоке питания или в усилителе, и как устранить это явление. Начнем с азов.

Природа магнитострикции

Для объяснения этого явления кратко напомним о принципе работы электромагнитных приборов, преобразовывающих переменное напряжение, то есть трансформаторов. Его упрощенное изображение показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Устройство трансформатора

Представленное на рисунке устройство состоит из первичной обмотки «А», вторичной -«В» и проходящего через них сердечника – «С», выполненного из тонких наборных железных пластин или другого материала с ферримагнитными свойствами.

Прохождение переменного напряжения через обмотку «А», приводит к образованию переменного магнитного поля «D» в сердечнике, способствующего появлению электрического тока в катушке «В». При этом частота тока остается неизменной, а величина напряжения зависит от соотношения количества витков между катушками.

Теперь напомним, что представляет собой магнитострикция. Это физический эффект приводящий к изменению линейных размеров и объема тела, через которое проходит магнитный поток. Наибольшим изменениям подвергаются сильномагнитные материалы, именно из них, в большинстве случаев, изготавливают сердечники трансформаторов. На рисунке 2 показана периодичность растяжения-сжатия сердечника на протяжении одного цикла изменения магнитного потока.

Рисунок 2. Изменение линейных размеров сердечника на протяжении одного цикла

Под воздействием линейных колебаний в прилегающем воздухе создаются звуковые волны соответствующей частоты. То есть, если в течение одного цикла сердечник растягивается-сжимается дважды, то при стандартной частоте сети переменного тока 50 Гц будут формироваться звуковые волны частотой 100 Гц. Это и есть характерный гул, который производит трансформатор при работе.

Учитывая вышесказанное можно объяснить, почему импульсный трансформатор неслышно при работе. Частота производимых звуковых колебаний этого устройства находится за границей восприятия человеческого уха.

Уровень шума напрямую зависит от следующих факторов:

  • габаритные размеры устройства;
  • величина нагрузки;
  • структура и физические характеристики материала сердечника.

Учитывая перечисленные факторы, можно констатировать, что для устройств, работающих в бытовых приборах, повышенный уровень шума, скорее, исключение, чем правило. Это указывает на нештатную работу трансформатора, следовательно, необходимо найти и устранить неисправность.

Сильно шумит силовой трансформатор, возможные причины

Если устройство свистит или гудит, хотя ранее работало нормально, то это может свидетельствовать о разошедшихся пластинах сердечника. В данном случае потребуется идеальный подгон железа, чтобы исключить зазоры, помимо этого обеспечить хорошую стяжку. Если трансформатор броневого типа, то сделать это можно при помощи обычного водопроводного хомута, затянув его по периметру сердечника, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Стягивание сердечника при помощи червячного хомута

Когда устройство не только шумит, а и значительно нагревается, то такие признаки характерны при большой нагрузке по току. Причина может крыться как в самом трансформаторе (межвитковое замыкание), так и в проблемах цепи, питающегося от него устройства (например, утечка в электролитических конденсаторах).

Необходимо сразу предупредить, что произвести диагностику на предмет межвиткового замыкания, используя только мультиметр, довольно затруднительно. Но, при поверхностном осмотре обнаружить дефект, вполне возможно. КЗ между витками вызывает местный нагрев. Следствием этого может быть почернение, подтеки, подпалины, вздутие заливки, характерный запах сгоревшей изоляции и т.д.

Характерные следы межвиткового замыкания

Если визуальный осмотр не дал результатов, а в наличии из измерительных приборов только мультиметр, то проверить работоспособность устройства можно двумя способами:

  1. Измерить сопротивление первичной и вторичной обмотки, переведя прибор в режим мегомметра. После чего сравнить полученные значения с указанными в справочнике (если определен тип устройства). Расхождение в показателях более 50% свидетельствуют о межвитковом замыкании.

В тех случаях, когда установить штатное сопротивление обмотки не представляется возможным, вычислить его можно по сечению, типу провода и количеству витков. Как правило, эти параметры указаны на трансформаторе.

Также можно провести диагностику, имея в наличии аналогичное, заведомо рабочее устройство. В этом случае достаточно измерить сопротивление обмоток и сравнить их, расхождение не должно превышать 20%.

  1. Понижающий трансформатор иногда тестируют, включением в сеть, после чего проверяют напряжение на кабеле (подключенным к вторичной обмотке). Если после включения слышится треск или появляется дым, устройство необходимо сразу обесточить, такие признаки характерны при неисправности первичной обмотки.

Проводя измерения, следует проявлять осторожность, чтобы избежать контакта с токоведущими частями. Показания прибора должны соответствовать ожидаемым. Если напряжение на вторичной обмотке меньше необходимого на 20%, то это свидетельствует о межвитковом замыкании.

Появление гула после перемотки

Если трансформатор перематывается в домашних условиях, то есть большая вероятность того, что при работе он будет издавать характерный шум. Это может быть связано со следующими причинами:

  • неправильно собран или не подогнан магнитопровод. Наиболее часто такая проблема возникает после разборки-сборки Ш-образного сердечника. Как правильно собрать такой магнитопровод чтобы устранить проблему, расскажем чуть ниже;
  • не закреплена катушка на сердечнике или неплотно намотаны обмотки. Исправить ситуацию можно плотно зафиксировав катушку, перемотав обмотку или пропитав ее парафином (парафиновая ванна). Последний вариант хорошо помогает в том случае, когда гудит тороидальный трансформатор;
  • неверно произведен расчет обмоток. Как правило, в этом случае нагруженный трансформатор не только гудит, но и ощутимо нагревается. Для исправления проблемы потребуется проверка расчетов и перемотка с учетом исправленных ошибок.

Как правильно собрать Ш-образный сердечник, чтобы минимизировать шум трансформатора

Магнитопровод такого устройства состоит из двух типов пластин, они показаны на рисунке 5. Это Ш-образная пластина «А» и торцевая – «В».

Рисунок 5. Пластины Ш-образного сердечника

Чтобы снизить потери на вихревые токи каждая из пластин изолируется с одной стороны. Для этой цели их покрывают лаком или производят отжиг до появления окисла. Для уменьшения магнитного зазора и, как следствие, потери на магнитный поток рассеяния, после перемотки пластины следует устанавливать поочередно с каждой стороны. Как это делать продемонстрировано на рисунке 6.

Рисунок 6. Поочередная установка пластин

Собрав примерно половину сердечника, следует установить две Ш-пластины с одной стороны (без торцевых пластин) не задвигая их до конца. Далее продолжаем сборку, пока магнитопровод не будет набран на 2/3. В оставшейся части устанавливаем только Ш-пластины. В итоге останется около двух десятков торцевых вставок и несколько Ш-образных, которые уже не пролазят в каркас.

Читайте также  Почему капает вода из предохранительного клапана водонагревателя

Оставшиеся вставки устанавливаем между двух выдвинутых на середине (см. рисунок 7) и осторожно забиваем их деревянной киянкой, стараясь не погнуть.

Рисунок 7. Установка в магнитопровод оставшихся пластин

На завершающем этапе сборки вставляем торцевые пластины.

Источник: https://www.asutpp.ru/pochemu-gudit-nagruzhennyj-transformator-i-kak-ustranit-eto-yavlenie.html

Почему гудит трансформатор: причины и возможности устранения шума

Домашний уют 26 марта 2017

Когда-то в начале прошлого века в США была популярной реклама на тему «молчаливого слуги». Вопрос касался электричества, а, точнее, его способности бесшумно выполнять различную работу.

Компания General Electric стремилась таким образом привлечь внимание потребителей к бытовой технике. Но если коснуться чисто физического процесса работы электричества, то, оказывается, оно не такое уж «молчаливое».

Примером может служить всем известный прибор трансформатор, который способен издавать довольно громкий гул. Так почему гудит трансформатор?

Как работает трансформатор

Чтобы разобраться в этом, не мешает вспомнить школьный урок физики, где описан принцип работы трансформатора. Трансформатор работает на основе закона электромагнитной индукции. Он включает в себя катушки, намотанные проводом разного диаметра и с различным количеством витков.

Эти катушки представляют первичную и вторичную обмотки трансформатора. Между обмотками есть связь. Она осуществляется посредством своеобразного кольца из специальной ферромагнитной стали. Кольцо получило название сердечника и расположено внутри обмоток.

Сама конструкция сердечника собрана из тонких пластин.

Когда на первичную обмотку подают переменный ток, то он создает магнитное поле в сердечнике. Это поле тоже меняется по закону изменения породившего его тока. В свою очередь, поле наводит ЭДС индукции во вторичной обмотке – преобразованный электрический ток.

Материал сердечника разбит на множество микроучастков. В каждом таком участке без наличия входного напряжения присутствует свое магнитное поле, направленное часто противоположно друг к другу. Однако под напряжением все потоки начинают устремляться в одном направлении, создавая мощный магнит. Все это сопровождается изменением физических размеров самого сердечника. Можно догадаться теперь, почему гудит трансформатор.

Эффект магнитострикции

Так как поле переменное, то и пластины сердечника начинают сжиматься и вытягиваться в такт с ним. Этот процесс получил название магнитострикции.

Производятся такие движения с большой частотой в 100 Гц, при частоте тока в 50 Гц, в пространство исходит вибрация, которая имеет звуковой диапазон и различима человеческим ухом. Кроме стандартной частоты, в составе переменного тока имеются более высокочастотные гармоники.

Их больше, чем больше нагружен трансформатор, а это в свою очередь более резкая и слышимая вибрация. Вот почему гудит трансформатор.

Другие причины шума в трансформаторе

Но не все причины «разговорчивости» трансформатора сокрыты в магнитострикции. Почему нагруженный трансформатор гудит? Выделяют шум:

  • Обмоток трансформатора. Это обусловлено тем, что поток магнитный пытается сместить обмотки относительно сердечника. Звук усиливается в случае некачественно намотанной катушки, если витки плохо прилегают друг к другу.
  • Пластин сердечника. Почему? Трансформатор очень часто гудит, когда они плохо подогнаны и имеют зазоры между плоскими поверхностями. Тогда, кроме сжимания, слышен шум от звона металла.
  • Дефект либо повреждение изоляции медного провода. Такое может случиться в толще обмотки, где имеют место повышенные температуры. В этом случае между обмотками может проскакивать искра, сопровождаемая щелчком. Чем разряд мощнее, тем звук характерней и громче.
  • Всех плохо закрепленных деталей в трансформаторе почему? Трансформатор гудит при работе, так как они дребезжат.

Для того чтобы избежать этого недостатка в трансформаторах, были разработаны трансформаторы бесшумного типа. Их схема построена таким образом, что происходит преобразование частоты тока (повышение) до уровня, при котором вибрация не воспринимается в звуковом диапазоне. Это 10 КГц и выше. Бесшумные трансформаторы по своим габаритам и массе гораздо меньше обычных.

Заключение

Чтобы не задавать себе вопрос о том, почему гудит трансформатор, все мощные модели нужно брать качественные, зарекомендовавших себя производителей. Маломощные не так требовательны к точности исполнения.

Но если все же имеющийся трансформатор при работе издает шум, можно попробовать устранить его стягиванием пластин при помощи винтов. Только постараться не переусердствовать и не расслоить металл сердечника.

Если болты отсутствуют, используют лак или клей, которым заливают сердечник. Устранить дребезжание обмоток можно только с помощью их перемотки.

Источник: .ru Красота
Почему сохнут руки? Причины и способы устранения сухости кожи рук

Вспоминая справедливое замечание Коко Шанель «У вас не будет второго шанса произвести первое впечатление», часто забывают, что перед этим она сказала: «Руки – это визитная карточка женщины, шея…

Технологии
Почему хрипят колонки. Причины и способы устранения хрипов в динамиках

Ничто так не омрачает автолюбителя в дороге или меломана при прослушивании любимых треков, как внезапное появление хрипов в аудиосистеме. При этом зачастую бывает достаточно нелегко определить причину того, почему хри…

Автомобили
Почему двигатель не развивает обороты: возможные причины и способы устранения

Снижение количества оборотов двигателя существенно сказывается на его мощности и тяговых качествах. Если вдруг ваш автомобиль утратил былую резвость, стоит задуматься о его диагностике, ведь подобные симптомы ничего х…

Домашний уют
Почему дымит печь: возможные причины и их устранение

Почему дымит печь? Возможные причины ищут все, у кого в распоряжении имеется источник тепла с богатой историей. Большинство современных граждан считают печь пережитком прошлого, объектом абсолютно незамысловатым. На с…

Компьютеры
Почему не работает монитор на ноутбуке: возможные причины и методы устранения неполадок

Очень часто люди сталкиваются с проблемой, что у них не работает монитор на ноутбуке. Экран может функционировать частично, но показывать плохо, либо, к примеру, ничего не воспроизводить вообще, не включаться или покр…

Компьютеры
Почему «ГТА: Сан-Андреас» вылетает: возможные причины и их устранение

В последнее время игроки часто интересуются, почему «ГТА: Сан-Андреас» вылетает. На то есть много причин. Предугадать, какой именно случай ваш, очень трудно. Поэтому придется обратить внимание на каждый вариант развит…

Автомобили
Не заводится ВАЗ-2115: возможные причины и их устранение

С наступлением холодов иногда машина отказывается заводиться. С такой проблемой часто сталкиваются владельцы отечественных автомобилей. Не составляет исключение и ВАЗ-2115. Поломки могут быть разными. Но в большинстве…

Автомобили
Пропала искра на скутере: возможные причины и их устранение. Ремонт скутера своими руками

Скутеры сегодня являются актуальными, востребованными и практичными транспортными средствами. На них могут успешно передвигаться люди самых разных возрастных категорий. Для большинства владельцев скутер – и вовс…

Автомобили
Печка на «Приоре» не работает — возможные причины и их устранение

Автомобиль «Лада-Приора» пользуется заслуженной любовью и уважением наших соотечественников. Неплохое соотношение цены и качества, распространенность запчастей и великолепная ремонтопригодность делают ее л…

Автомобили
Калина не заводится: возможные причины и их устранение

Прошло уже немало времени с тех пор, как на «АвтоВазе» выпустили в продажу автомобиль под названием «Лада Калина». Реклама и надежда отечественного автолюбителя на светлое будущее сделали свое …

Источник: http://monateka.com/article/26955/

Почему гудит трансформатор?

При работе трансформатора появляется характерный звук гудения. Это нормальное явление, объясняющееся появлением магнитострикции. Физическое явление оказывает минимальное воздействие на бытовые приборы. Если гудит трансформатор подобного типа, возможно, система функционирует неправильно. В этом потребуется разобраться. Если характерный звук определяется в блоке питания, в усилителе или подобных приборах, необходимо найти причину и устранить ее. Что делать в этом случае, будет рассмотрено далее.

Читайте также  Почему на унитазе скапливается конденсат

Понятие магнитострикции

Чтобы разобраться, почему сильно гудит усилитель, блоки питания различных бытовых приборов или иные трансформаторы, следует рассмотреть азы работы этой техники. Трансформатором называется агрегат, который призван преобразовывать электрический ток в соответствии с требованиями потребителя. Прибор состоит в самом простом виде из таких частей:

  1. Сердечник (магнитопривод).
  2. Первичный контур.
  3. Вторичный контур.

Магнитопривод состоит из железных пластин, характеризующихся ферромагнитными свойствами. В процессе прохождения по первичной обмотке электрического тока появляется магнитное поле. Оно способствует возникновению во вторичном контуре энергии. Частота тока остается неизменной. В зависимости от количества витков катушек напряжение в сети может увеличиваться или уменьшаться.

Магнитострикцией же называется эффект, который приводит к изменению размера тела, через которое проходит поток заряженных частиц. На подобные изменения реагируют материалы с сильными магнитными характеристиками. Из них изготавливают сердечник.

Изменения размеров влияют на появление колебаний воздуха возле магнитопривода. Возникают звуковые волны. Они имеют определенную частоту. Возникает гудение. В импульсных устройствах такого звука не слышно. Их колебания формируются с частотой, которую не воспринимает ухо человека.

Уровень шума

Гудящий звук появляется при определенных условиях работы агрегата. Он зависит от некоторых параметров оборудования. В течение одного цикла работы магнитопривод растягивается и сжимается два раза. Если частота сети соответствует стандартному значению для переменного тока (50 Гц), появится звуковая волна. Ее частота составит 100 Гц. Человек при этом услышит звук гудения. Он отличается своей интенсивностью.

Сила, с которой гудят трансформаторы, зависит от нескольких особенностей оборудования. К таким факторам относятся:

  • Уровень нагрузки.
  • Габариты составных частей системы.
  • Физические характеристики, структура сердечника.

Для усилителя, блока питания и прочих небольших бытовых приборов появление шума при работе не является нормой. Если такое устройство начинает гудеть, необходимо найти причину неисправности и устранить ее.

Силовой трансформатор

Среди всех разновидностей трансформаторов одним из самых востребованных является силовой тип. Если такой агрегат гудел раньше тихо, но потом шум усилился, это может свидетельствовать о нарушениях структуры сердечника. Его пластины со временем могут разойтись. Потребуется устранить зазоры, создать хорошую стяжку. Проще всего такой ремонт производится для прибора броневого типа. Для этого применяется обычный сантехнический хомут, который затягивается по периметру магнитопривода.

Возможно, трансформатор не только стал сильно шуметь, но и нагреваться. Это говорит о повышенной токовой нагрузке. Причиной такому явлению может стать межвитковое замыкание, неисправности в цепи потребителя.

Также рекомендуем ознакомиться: как проводят ремонт силовых трансформаторов?

Диагностика

Чтобы отремонтировать оборудование, потребуется произвести его диагностику. Сначала исключается возможность межвиткового замыкания. Мультиметром такую неисправность определить затруднительно. В этом случае потребуется произвести поверхностный осмотр. Если визуально определяются подтеки, почернение, сгоревшая изоляция, можно сказать, что причина гудения установлена.

Если поверхностный осмотр не выявил отклонений, потребуется произвести более глубокую диагностику. При наличии только мультиметра можно воспользоваться одним из двух возможных подходов:

  1. Тестер переводится в положение мегомметра. Определив тип устройства, следует сравнить результаты замера с номинальным значением (представлено в соответствующем справочнике). Если отклонение составляет более 50%, в трансформаторе появилось межвитковое замыкание.
  2.  Измеряют аналогичный рабочий прибор. При этом исследуется сопротивление обмоток. Если их расхождение составляет 20%, причина заключается в замыкании между витками.

Если диагностика проводится для понижающего трансформатора, можно включить его в сеть и проверить напряжение на кабеле вторичной обмотки. Если появится дым, потрескивание, систему сразу же обесточивают. Неисправна первичная обмотка.

Перемотка

Если пользователь силового прибора сделал перемотку самостоятельно, существует большая вероятность появления гула. Причин тому может быть несколько:

  • Магнитопровод собран или подогнан неправильно. Часто неприятность возникает при перемотке Ш-подобного сердечника.
  • Катушка не закреплена хорошо.
  • Обмотка намотана неплотно. Пропитать ее можно парафином.
  • Расчет витков произведен неправильно. В этом случае определяется не только шум, но и нагрев. Расчет потребуется произвести снова, устранить допущенные ошибки.

Интересное видео: Перемотка трансформатора своими руками

Чтобы выполнить перемотку правильно, рекомендуется обратиться к профессионалам. Если же пользователь желает научиться выполнять такое действие самостоятельно, необходимо рассмотреть тонкости этого процесса.

Перемотка Ш-подобного сердечника

Гул после перемотки определяется именно в Ш-подобном типе магнитопровода. В процессе проведения операции необходимо максимально уменьшить потери вихревых токов. С одной стороны каждая пластина изолируется лаком. После проведения перемотки каждую деталь поочередно устанавливают на сердечник.

Когда половина работы будет проделана, необходимо вставить две пластины с одной стороны сердечника. Их не нужно задвигать до конца. Далее продолжается сборка. Когда магнитопровод будет собран приблизительно на 2/3, в оставшиеся части необходимо поставить еще Ш-подобные пластины. Оставшиеся элементы нужно установить между двух выдвинутых в центре частей. Их осторожно забивают киянкой. Пластины не должны гнуться. В завершении сборки потребуется вставить торцевые элементы конструкции.

: Что делать, если сильно гудит трансформатор?

Рассмотрев причины и особенности устранения чрезмерного гула, каждый пользователь трансформаторного прибора сможет решить эту проблему самостоятельно.

Источник: https://ProTransformatory.ru/vidy/pochemu-gudit-transformator

Трансформатор: устройство и назначение

Доводилось ли вам слышать, как гудит трансформатор? Этот монотонный 50-герцевый (50 колебаний в секунду) гул кого угодно выведет из себя. Однако монотонный он лишь для нашего невооруженного слуха. Точный прибор без труда покажет, что несущая частота переменного тока в розетке постоянно гуляет. К примеру, российский ГОСТ допускает колебания частоты в сети в пределах ±0,2 Гц.

В то же время современные энергетические системы устроены таким образом, что все их компоненты работают синхронно. Все трансформаторы города одновременно поют одну и ту же ноту. И иногда их песня может рассказать о совершенном преступлении. Так, в частности, случилось в громком деле лондонской полиции против криминального трио Хьюма Бента, Карлоса Мокриэффе и Кристофера Маккензи, обвиненных в незаконной торговле оружием.

Главным доказательством стала диктофонная запись сделки, сделанная полицейским под прикрытием.

Защита усомнилась в подлинности улики, заявив, что фонограмма была смонтирована. Доказать аутентичность записи, а также подтвердить, в какой день и час она была сделана, удалось доктору Алану Куперу, заведующему лабораторией криминалистических исследований полиции Метрополитан.

Благодаря тому, что в течение последних восьми лет доктор Купер непрерывно записывал сигнал из электрической розетки (ту самую «песню трансформаторов»), а затем опознал знакомую «мелодию» в едва заметных электромагнитных наводках на оперативной записи, преступники отправились за решетку на 33 года.

В эфире — радио тэс

Электрические провода, окружающие нас повсюду, невольно представляют собой гигантские антенны. Ток, проходящий по ним с частотой порядка 50 Гц, порождает магнитное поле, также известное как электромагнитные наводки. Высоковольтные линии, крупные электродвигатели, дроссели люминесцентных ламп, крупные электрические приборы — все они транслируют в эфир «трансформаторную арию».

Электрические компоненты аналоговых аудиоприборов также охотно принимают эти наводки. В этом вы можете легко убедиться, прислушавшись к радиоприемнику в паузах между музыкальными фрагментами или включив мощный усилитель на полную громкость.

Практически на любой записи, сделанной с помощью аналогового оборудования (например, кассетного диктофона), можно обнаружить наводки. Их фиксирует и цифровой диктофон, ведь его микрофон преобразует звук в аналоговый электрический сигнал, который затем оцифровывается.

Чтобы сохранить отпечаток несущей частоты сети, диктофону не обязательно даже обладать характеристиками, позволяющими ему записывать 50-герцевый сигнал. Во‑первых, наводки — это не звук, а электромагнитные волны, и ограниченный частотный диапазон микрофона для них не помеха. А во-вторых, взаимодействуя с полезным сигналом, наводки образуют кратные гармоники в районе 100, 150, 200 Гц и т. д. Так что их след можно найти даже в диапазоне человеческой речи.

Читайте также  Почему холодильник щелкает при работе

Разумеется, наводки и их гармоники намного слабее полезного сигнала, ведь производители аудиозаписывающего оборудования всеми силами борются за снижение паразитных шумов и улучшение качества звука. Однако профессиональные аудиоинтерфейсы и современный софт, которым пользуются эксперты, позволяют оцифровать и подвергнуть компьютерному анализу даже самые слабые составляющие сигнала.

Специалисты Университета Мэриленда разработали алгоритм, с помощью которого наводки можно не только «услышать» на фонограмме, но и «увидеть» на видеозаписи. Мерцание находящихся в кадре люминесцентных ламп, соответствующее частоте тока в сети, приводит к колебаниям яркости кадра, незаметным невооруженному глазу, но пригодным для компьютерного анализа.

Роль личности в истории

Чуть более десяти лет назад румынский специалист Каталин Григораш предположил, что характер колебаний частоты тока в сети так же уникален для определенной единицы времени, как отпечаток пальца для человека. Логика доктора Григораша вполне понятна: частота в единой энергетической сети (речь идет о колебаниях в тысячные доли герца) определяется нагрузкой, то есть действиями миллионов потребителей, которые невозможно предсказать. Если нагрузка растет, частота падает, и наоборот.

Конечно, если лично вы выключите ночник на полчаса раньше, на частоте тока это не отразится.

Однако если в вашем городе сегодня вечером проходит футбольный матч на многотысячном стадионе, в соседнем поселке днем запустился новый завод, а все телевизоры страны показывают телемост с президентом, то доктор Григораш получит желанные колебания в своей электрической летописи. Чем больше городов, предприятий и электростанций объединяет в себе сеть, чем сложнее ее структура, тем ярче каждый день ее жизни отпечатывается в истории.

На помощь рассуждениям приходит статистика. По данным Института криминалистики Нидерландов, для точного определения, в какой день и час была сделана запись, нужно иметь фонограмму с длительностью чуть более десяти минут.

Танец генераторов

Метод установления даты и времени аудиозаписи по анализу наводок впервые был использован в английском суде, и это вовсе не случайность. На территории Великобритании действует единая энергетическая сеть, и для работы с записями со всех уголков страны достаточно всего одной базы данных частоты тока в национальной сети.

Как это возможно, что в электрических артериях каждого прибора по всей стране бьется одинаковый пульс? Ведь потребности сети в электричестве обеспечиваются с помощью множества электростанций разного типа, размера и мощности. Тысячи генераторов разных моделей приводятся паровыми и гидротурбинами. Неужели их валы вращаются с абсолютно одинаковой скоростью и абсолютно одинаково реагируют на изменение нагрузки в сети, с точностью до тысячных долей герца?

Как это ни парадоксально, ответ на этот вопрос — «да», и поблагодарить за это мы должны Николу Теслу и Михаила Доливо-Добровольского, создавших трехфазный синхронный электродвигатель, он же генератор. Принцип работы синхронной машины более подробно объясняется во врезке. Важнейшее ее свойство заключается в стремлении привести частоту вращения вала в точное соответствие с частотой электрического тока в сети.

Кассетный диктофон. Лентопротяжный механизм — богатый источник всевозможных циклических сигналов. Его двигатель вращается неравномерно, и при разных позициях щеток скорость вращения слегка возрастает или убывает. Ролики могут быть не совсем круглыми, прижим ленты — не совсем равномерным, сама лента — неодинаково плотной, толстой и скользкой. По мере наматывания ленты на ролик фактически изменяется его диаметр, и скорость движения ленты равномерно растет.

Нарушение цикличности или равномерности в соответствующих процессах при воспроизведении — повод заподозрить монтаж.
Цифровой диктофон. Цифровые данные записываются на флэш-память порциями. Данные сначала накапливаются в кэш (как правило, 512 байт), а затем передаются на флэшку. Процесс передачи весьма энергоемкий, поэтому в этот момент напряжение в аналоговых цепях диктофона падает. В результате на записи наблюдаются периодические понижения уровня сигнала.

Если данная периодичность нарушается, нужно держать ухо востро.

Если синхронный генератор на электростанции отстает от частоты сети, в нем возникает крутящий момент, заставляющий машину наверстать упущенное. Генератор превращается в электродвигатель, и чем сильнее его отставание, тем больший момент он развивает. При опережении частоты сети в генераторе возникает тормозной момент, при этом машина отдает энергию в сеть. Этот эффект называется синхронизмом, и он очень силен.

Синхронная работа генераторов крайне важна для здоровья сети. Небольшая рассинхронизация приводит к повышенному износу и даже разрушению силовых машин за счет того самого реактивного момента.

Значительная рассинхронизация приводит к опаснейшим скачкам напряжения в сети, чреватым выходом из строя бытовых электроприборов и целых электростанций.

Каскадная авария московской энергосистемы 2005 года наглядно продемонстрировала, как отказ одной крупной электростанции и следующее за ним падение напряжения и частоты тока приводит к последовательному вынужденному отключению других станций и краху всей сети.

Частота тока — один из главных показателей качества электроэнергии. Именно на нее ориентируются системы автоматической регулировки мощности на электростанциях, в частности клапаны на паровых турбинах. Каждая станция своими силами пытается вернуться к эталонным 50 Гц, однако синхронизм настолько силен, что все генераторы разгоняются и тормозят в едином ритме, как слаженный оркестр.

Единая энергетическая сеть России покрывает восемь часовых поясов. Система состоит из 69 региональных энергосистем, и все они соединены друг с другом в синхронном режиме. Столь крупная сеть требует протяженных и дорогостоящих высоковольтных линий, однако предоставляет ряд неоспоримых преимуществ. Это и строительство крупных и более эффективных электростанций, и способность перебрасывать энергию туда, где она требуется в данный момент, и, конечно же, возможность вести базу данных частот для целых регионов.

Конечно, Россия несколько больше Англии, и если вы позвоните по телефону из Петербурга во Владивосток, то на записи разговора обнаружите несколько наводок с разными частотами. Именно эта разница в частотах позволяет перебрасывать мощность из одних регионов в другие. Однако 69 синхронных региональных энергосистем достаточно стабильны, чтобы в каждой из них метод работал надежно.

Время заметает след

Приятно сознавать, что перспективная криминалистическая технология имеет российские корни. Главный эксперт компании «Центр речевых технологий» Сергей Коваль рассказал нам о том, что анализ наводок сети переменного тока с начала 1990-х применялся им для установления аутентичности фонограмм.

С вышеупомянутыми допущениями такой сигнал представляет собой синусоиду, и если запись смонтирована, можно заметить, как эта синусоида разрывается в месте склейки. Если разные части фонограммы были записаны в разных условиях, заметно изменение не только по фазе, но и по амплитуде, и по частоте.

В энергетических артериях страны течет трехфазный электрический ток. В наших домах мы привыкли видеть розетки с двумя контактами, потому что для питания бытовых электрических приборов одной фазы вполне достаточно. На промышленные предприятия подаются все три фазы. Принято говорить, что смещение между ними — 120 градусов.Статор синхронного электродвигателя (генератора) содержит три обмотки, установленные под углом 120 градусов друг к другу.

На каждую из них подается переменный электрический ток в одной из трех фаз. Обмотки статора создают вращающееся электромагнитное поле. Частота вращения соответствует частоте тока — 50 Гц.Ротор двигателя представляет собой обмотку, концы которой замкнуты накоротко. Наиболее естественный режим работы двигателя — холостой ход, при котором ротор вращается с точно такой же скоростью, как и магнитное поле.

Если пренебречь силами сопротивления, то в этом режиме в роторе отсутствует наведенная электродвижущая сила (ЭДС), двигатель не потребляет энергию и больше напоминает трансформатор.Если ротор отстанет от вращающегося поля, в нем возникнет ЭДС, и величина ее будет тем больше, чем больше угол отклонения. При этом машина становится двигателем и потребляет энергию из сети.

Если ротор обгонит вращающееся поле, в нем возникнет ЭДС противоположного направления, замедляющая вращение. При этом машина становится генератором и отдает энергию в сеть.

Таким образом синхронная машина всегда стремится привести свой ход в соответствие с частотой тока в сети, и стремление это тем сильнее, чем больше отклонение.

С докладом об этом Сергей Львович выступал на московской конференции Европейского общества судебной акустики в 2004 году. На конференции присутствовал и Каталин Григораш.

К сожалению, время накладывает на перспективный метод экспертизы все больше ограничений. В частности, записанный разговор по мобильному телефону нельзя анализировать таким способом. Стандарт GSM предусматривает крайне плотное сжатие звукового сигнала, в котором сохраняется лишь приблизительная информация о тембральной окраске голоса, а слабые гармоники полностью уничтожаются. Чтобы почувствовать эту «приблизительность», достаточно попробовать послушать музыку по мобильному телефону.

Источник: https://www.PopMech.ru/technologies/14203-o-chem-gudit-transformator/

Понравилась статья? Поделить с друзьями: