Автогенератор принцип работы: Автомобильный генератор – устройство и принцип работы генератора двигателя автомобиля

Автомобильный генератор – устройство и принцип работы генератора двигателя автомобиля

к списку всех статей

22.08.2014

Автомобильный генератор – это источник электроэнергии и неотъемлемая часть устройства автомобиля. Принцип действия электрогенератора состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. Генератор автомобиля является основной частью генераторной установки, которая также включает в себя регулятор напряжения.
Исправные автогенераторы осуществляют бесперебойную подачу тока, который необходим для работы большинства автомобильных компонентов-электропотребителей: системы зажигания, бортового компьютера и других. Одновременно с этим автомобильный генератор поддерживает заряд аккумуляторной батареи. Состояние и мощность генератора напрямую влияют на надежность автомобиля и его и эксплуатационные характеристики.

Устройство и принцип работы генератора
Автомобильный генератор работает по принципу преобразования механической энергии в электрическую: вращение коленчатого вала двигателя генератор преобразует в электрический ток.Это происходит благодаря явлению электромагнитной индукции, т.е. возникновению переменного электрического напряжения при изменении магнитного потока, протекающего сквозь замкнутый контур. В случае с автогенератором таким контуром выступает статор с медной обмоткой, внутри которого вращается ротор, представляющий собой магнит или совокупность магнитов.
Таким образом, основные элементы автогенератора – это статор, ротор и регулятор напряжения. В конструкции также присутствуют корпус из двух крышек, шкив для передачи энергии от двигателя посредством ремня генератора, диоды-выпрямители для преобразования переменного тока в постоянный,щеточный узел и другие вспомогательные элементы.

Статор -статичный элемент генератора, состоящий из замкнутого железного магнитопровода с пазами, внутри которых находится медная обмотка. Именно эта обмотка накапливает мощность автогенератора при вращении ротора.Ротор же представляет собой стальной вал с обмоткой возбуждения, в которой образуется магнитный поток, и двумя стальными втулками, которые подводят поток к обмотке статора.
При повороте ключа в замке зажигания к обмотке возбуждения подводится ток, который обеспечивает первоначальное возбуждение и приводит к образованию электромагнитного поля.Ротор вращается, получив привод от коленчатого вала двигателя с помощью ремня генератора, вращающего шкив. При вращении ротора магнитный поток в катушке попеременно меняет свое направление, так как напротив катушек оказываются то южный, то северный полюсы ротора. Вследствие этого внутри катушки возникает переменное напряжение, частота которого напрямую зависит от частоты вращения ротора и количества пар полюсов. Переменное напряжение с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное, которое и подается к бортовой сети автомобиля.

Рекомендации по эксплуатации автогенератора
1. Устанавливая в свой автомобиль АКБ, или запуская двигатель от другого источника, убедитесь в том, что соблюдаете правильную полярность. В противном случае выйдет из строя выпрямитель автогенератора и возникнет угроза возгорания.
2. Необходимо отслеживать состояние электропроводки и состоянием контактов проводов, которые подходят к генератору автомобиля и регулятору напряжения. Слабый контакт может привести к образованию избыточного напряжения.
3. Стоит также следить за состоянием ремня генератора, так как в случае слабого натяжения генератор работает менее эффективно, в случае слишком тугого натяжения возможно разрушение подшипников.
4. Рекомендуем доверить установку генератора профессионалам из СТО во избежание возникновения непредвиденных проблем

Не упускайте важные события

к списку всех статей

Автомобильный генератор — как работает, из чего состоит и устройство

Генератор — основной источник электроэнергии машины. Расскажем подробно как работает, из чего состоит и его устройство внутри. Информация подойдет для начинающих и опытных автолюбителей.

Как работает

При пуске двигателя автомобиля основным потребителем электроэнергии является стартер, сила тока достигает сотен ампер, что вызывает значительное падение напряжения аккумулятора. В этом режиме потребители питаются только от аккумулятора, который интенсивно разряжается. Сразу после пуска двигателя генератор становится основным источником электроснабжения. Генератор авто является источником постоянной подзарядки аккумуляторной батареи во время работы двигателя. Если он не будет работать, аккумулятор быстро разрядиться. Он обеспечивает требуемый ток для заряда АКБ и работы электроприборов. После подзарядки аккумулятора, генератор снижает зарядный ток и работает в штатном режиме.

При включении мощных потребителей (например, обогревателя заднего стекла, фар) и малых оборотов двигателя суммарный потребляемый ток может быть больше, чем способен отдать генератор. В этом случае нагрузка ляжет на аккумулятор, и он начнет разряжаться.

Привод и крепление

Привод осуществляется от шкива коленчатого вала ременной передачей. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива, тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток. На современных машинах привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра и, следовательно, получать высокие передаточные отношения. Натяжение поликлинового ремня осуществляется натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Устройство и из чего состоит

Любой генератор автомобиля содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками — передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Генераторы крепятся в передней части двигателя болтами на специальных кронштейнах. Крепежные лапы и натяжная проушина находятся на крышках. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором. Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, а «компактной» конструкции — еще на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности.

Статор генератора

1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 — пазовый клин, 4 — паз, 5 — вывод для соединения с выпрямителем

Статор набирается из стальных листов толщиной 0.8…1 мм, но чаще выполняется навивкой «на ребро». При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой наружной поверхности.

Необходимость экономии металла привела к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

Ротор генератора

а — в сборе; б — полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 — обмотка возбуждения; 4 — контактные кольца; 5 — вал

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами — полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Валы роторов выполняются из мягкой автоматной стали. Но при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала закаливается.

На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива.

Во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от поворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке генератора, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел

Это конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов — меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными. Они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин.

Выпрямительные узлы

Применяются двух типов. Это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются диоды силового выпрямителя или конструкции с сильно развитым оребрением и диоды припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками.

Наиболее опасным является замыкание пластин теплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар.

Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы

Это радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец — обычно плотная, со стороны привода — скользящая, в посадочное место крышки наоборот — со стороны контактных колец — скользящая, со стороны привода — плотная. Охлаждение генератора авто осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места — к выпрямителю и регулятору напряжения.
Система охлаждения: а — устройства обычной конструкции; б — для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в — устройства компактной конструкции. Стрелками показано направление воздушных потоков На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства применяют генераторы со специальным кожухом, через который в него поступает холодный забортный воздух. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Для чего нужен регулятор напряжения

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, встроенными внутрь корпуса. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут различаться, но принцип работы одинаков.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации — изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С. Некоторые модели выносных регуляторов имеют ручные переключатели уровня напряжения (зима/лето).

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:

• Малая эффективность работы.
• Недостаточная мощность.
• Несовершенная схема подключения.
• Необходим постоянный контроль.
• Частое техническое обслуживание.
• Малый срок службы.

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, 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:

• Заряда аккумулятора.
• Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
• Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.

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:

• Шкива с валом и подшипниками.
• Ротора с контактными кольцами.
• Обмоток статора.
• Корпуса генератора.
• Регулятора напряжения.
• Выпрямительного устройства.
• Щеточного узла.

Конструкции автомобильных генераторов различаются только особенностями компоновки. При одинаковых электрических параметрах стандартные агрегаты значительно крупнее малоразмерных. Компактность обеспечивается за счет использования современных материалов и технологий.

Вот из чего состоит электрогенератор и какие функции выполняют его компоненты:

• Шкив обеспечивает передачу вращения от коленвала на ротор с помощью ремня.
• Корпус генератора имеет две крышки (переднюю, заднюю) и нужен для соединения элементов в единую конструкцию. На наружной поверхности размещены кронштейны, с помощью которых устройство крепится на двигателе.
• Ротор представляет собой вал, на котором установлены обмотки возбуждения и контактные кольца из электротехнической меди.
• Статор включает в себя магнитопровод из пакета стальных пластин, в которых вырезаны фигурные пазы. В них уложены трехфазные обмотки из одножильного медного провода, где и генерируется ток.
• Регулятор напряжения изготавливается в виде отдельного блока или комбинируется со щеточным узлом. Основное назначение — управление работой генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения.
• Выпрямительное устройство по схеме Ларионова состоит из двух частей: алюминиевых теплоотводов, в каждый из которых запрессовано по три силовых диода. Вентили обеспечивают преобразование переменного напряжения в постоянное, что используется в бортовой сети для питания электрооборудования.
• Передача напряжения на обмотку возбуждения производится через специальный узел и цилиндрические контактные кольца. Щетки делаются из специальных сортов графита и устанавливаются в держателе с направляющими, изготовленными из диэлектриков. Для обеспечения плотного контакта они подпружинены, а напряжение на них подается по проводу, запрессованному в основание.

Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.

Основные параметры генератора

Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:

• Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230-2004 выбирается из диапазона от 7,14 и до 28 В.
• Ток отдачи.
• Частота возбуждения и самовозбуждения.

Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, особо мощных и специальных машин — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин-1.

Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата — КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.

Как работает автомобильный генератор?

Устройство начинает функционировать только после запуска двигателя стартером, который запитывается напрямую от аккумуляторной батареи. Ключевой принцип работы генератора автомобиля состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. На коленчатом валу силового агрегата установлен шкив, который раскручивает через ременную передачу установленный на необслуживаемых подшипниках ротор.

Питание обмотки возбуждения, расположенной на вращающемся якоре, осуществляется от аккумулятора через щеточный узел и контактные кольца. Для защиты батареи от саморазряда подключение производится через специальный выпрямитель, состоящий из трех диодов. Величина напряжения в этой цепи регулируется электронным или электромеханическим стабилизатором, интегрированным или выполненным в виде отдельного устройства.

Вращающийся якорь создает электромагнитные поля, которые индуцируют в обмотках статора переменный ток. Он поступает на выпрямитель, представляющий собой блок диодов. В него входят шесть вентилей: по три отрицательных и положительных. Они обеспечивают преобразование фазного напряжения в линейное. Соединение обмоток генератора осуществляется по схеме «треугольника» или «звезды». В первом случае величина тока в 1,7 раза ниже, нежели во втором. Треугольник применяется на моделях авто повышенной мощности.

Описываемый принцип действия автомобильного генератора обеспечивает поддержание в бортовой сети напряжения в диапазоне от 13,9 до 14,5 В. Точная величина зависит от частоты вращения коленчатого вала и уровня нагрузки. Потребители (например, аккумулятор) к электроагрегату подключаются через вывод «В+».

Для чего в генераторе регулятор напряжения?

При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.

Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.

Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

Техническая информация о стартере и генераторе. О ремонте стартера и ремонте генератора.

Генератор предназначен для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумулятора при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумулятора. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне частот вращения и нагрузок. Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи, и ее ускоренному выходу из строя. Не менее чувствительны к величине напряжения лампы освещения и сигнализация, акустическое оборудование.

Генератор – достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов. Принцип работы электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы у всех автомобильных генераторов, независимо от того, где они выпускаются.

Принцип действия генератора

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т.е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генератора, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение (обычно через контрольную лампу  состояния генераторной установки). Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т.к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы — обычно 2…3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т.е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения.

За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения  ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т.к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора.

Обмотка статора генераторов зарубежных и отечественных фирм – трехфазная. Она состоит из трех 3 частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения  действуют между концами обмоток фаз, а токи  протекают в этих обмотках, линейные же напряжения  действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи . Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные. При соединении в «треугольник» фазные токи меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т.е. получается «двойная звезда». Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «—» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».

У многих  генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении.  Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод», не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т.д. Иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, герметизированный на теплоотводе

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т.е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генератор элементов ее защиты от скачков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении, он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения (напряжением стабилизации).

Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т.е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя» используется и в регуляторах напряжения.

Принцип действия регулятора напряжения (реле регулятора)

В настоящее время все генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки – тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения.

Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить – увеличивается.

Конструктивное исполнение генераторов

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой «компактной» конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому, по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой (Mitsubishi, Hitachi), и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости (Bosch, Valeo). В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками –передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части –  над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку (Denso). Существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными, и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное — только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы — полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума. После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно-контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т.к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты.

В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя, и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы, либо в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластин-теплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора, случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи, что может привести к возгоранию. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами (Delco Remy, Motorcraft). Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец обычно плотная, со стороны привода — скользящая, в посадочное место крышки наоборот — со стороны контактных колеи — скользящая, со стороны привода — плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства — резиновые кольца, пластмассовые проставки, гофрированные стальные пружины и т.п. Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец.
У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места — к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Привод генераторов и крепление их на двигателе

Привод генераторов всех типов автомобилей осуществляется от коленчатого вала ременной или зубчатой передачей. При этом возможны два варианта — клиновым или поликлиновым ремнем. Приводной шкив генератора выполняется с одним или двумя ручьями для клинового ремня и с профилированной рабочей дорожкой для поликлинового. Вентилятор, выполненный, как правило, штамповкой из листовой стали, в традиционной конструкции генератора крепится на валу рядом со шкивом. Шкив может выполняться сборным из двух штампованных дисков, литым из чугуна или стали, а также полученным методом штамповки или точеным из стали.

Качество обеспечения питанием потребителей электроэнергии, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев приводного шкива генератора к шкиву коленчатого вала. Для повышения качества питания электропотребителей это число должно быть как можно больше, т.к. при этом частота вращения генератора повышается, и он способен отдать потребителям больший ток. Однако при слишком больших передаточных числах происходит ускоренный износ приводного ремня, поэтому передаточные числа передачи двигатель-генератор для клиновых ремней лежат в пределах 1,8…2,5, для поликлиновых до 3. Более высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем. Наилучшей конструкцией для генератора является индивидуальный привод. При таком приводе подшипники генератора оказываются менее нагруженными, чем в «коллективном» приводе, при котором обычно генератор приводится во вращение одним ремнем с другими агрегатами, чаще всего водяным насосом, и где шкив генератора служит натяжным роликом. Поликлиновым ремнем обычно приводится во вращение сразу несколько агрегатов. Например, на автомобилях Mercedes один поликлиновой ремень приводит во вращение одновременно генератор, водяной насос, насос гидроусилителя руля, гидромуфту вентилятора и компрессор кондиционера. В этом случае натяжение ремня осуществляется и регулируется одним или несколькими натяжными роликами при фиксированном положении генератора. Крепление генераторов на двигателе выполнено на одной или двух крепежных лапах, сочленяемых с кронштейном двигателя. Натяжение ремня производится поворотом генератора на кронштейне, при этом натяжная планка, соединяющая двигатель с натяжным ухом, может быть выполнена в виде винта, по которому перемещается резьбовая муфта, сочленяемая с ухом.

Встречаются конструкции, у которых прорезь в натяжной планке имеет зубчатую нарезку, по которой перемещается натяжное устройство, соединенное с натяжным ухом. Такие конструкции позволяют обеспечивать натяжение ремня очень точно и надежно.

К сожалению, на данный момент не существует международных нормативных документов, определяющих габаритные и присоединительные размеры генераторов легковых автомобилей, поэтому генераторы различных фирм существенно отличаются друг от друга, разумеется, кроме изделий, специально предназначенных в качестве запчастей для замены генераторов других фирм.

Бесщеточные генераторы

Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т.п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Недостатком генераторов этого типа являются увеличенные габариты и масса. Бесщеточные генераторы выполняются с максимальным использованием конструктивной преемственности со щеточными. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Delco-Remy, являющаяся отделением General Motors. Отличие этой конструкции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.

1.3 Принцип действия автогенератора

Механизм возникновения колебаний можно упрощенно трактовать следующим образом. В момент включения автогенератора в колебательной системе самопроизвольно возникают слабые свободные колебания, обусловленные включением источников питания, замыканием цепей, скачками токов и напряжений в усилительном приборе и так далее. Благодаря специально введенной цепи положительной ОС, часть энергии колебаний, возникающих на выходе усилителя, поступает на его вход. Ввиду наличия узкополосной (обязательно высокодобротной) колебательной системы, все описанные процессы происходят только на одной частоте и резко затухают на других частотах.

Вначале, после включения питания автогенератора, усиление сигнала происходит в линейном режиме, а затем, по мере роста амплитуды колебаний, существенную роль начинают играть нелинейные свойства усилительного элемента. В результате амплитуда выходных колебаний автогенератора достигает некоторого установившегося уровня и потом становится практически неизменной. Энергия, отбираемая усилителем у источника постоянного тока, за один период колебаний, равна энергии расходуемой за то же время в нагрузке. В этом случае говорят о стационарном режиме работы автогенератора.

1.4 Условия самовозбуждения генератора

Выясним условия, при которых обязательно возникают незатухающие колебания в автогенераторе.Для процесса возбуждения и генерации колебаний часть их мощности с выхода усилителя (точнее, с колебательной системы) подается на его вход по цепи положительной обратной связи. Говоря другими словами, подобное устройство «возбуждает само себя» и поэтому называется автогенератором с самовозбуждением.

Выражение для напряжения обратной связи на любой частоте генерации можно записать в виде

. (3)

Тогда выходное напряжение , или с учетом (3)

. (4)

Как следует из соотношения (4), автогенератор будет работать в стационарном режиме при условии:

(5)

Представим формулу (5) следующим образом:

(6)

Здесь и – модули коэффициента усиления собственно усилителя (без цепи положительной ОС) и коэффициента передачи цепи положительной ОС;и – фазовые сдвиги, вносимые соответственно усилителем и цепью положительной ОС на текущей частоте .

В теории автогенераторов выражение (6) принято представлять в виде двух равенств:

; (7)

, (8)

где — коэффициент усиления усилителя с обратной связью;.

Соотношение (7) определяет условие баланса амплитудв автогенераторе. Из него следует, что в стационарном режиме на генерируемой частоте коэффициент усиления усилителя с обратной связьюравен единице, и имеет тот смысл, что для устойчивой работы автогенератора необходимо, чтобы поступление энергии в контур было бы равно энергии потерь за период колебаний.

Равенство (8) характеризует условие баланса фаз. Оно показывает, что в стационарном режиме суммарные фазовые сдвиги сигнала на частоте генерации, создаваемые усилителем и цепью положительной ОС, должны быть равны (или кратны) , т.е. подкачка энергии порциями через цепь обратной связи в контур должна осуществляться в фазе с собственными колебаниями в контуре. И физически означает тот факт, что обратная связь должна быть положительна. В схемах автогенераторов гармонических колебаний, работающих в стационарном режиме, соотношения (7) и (8) выполняются на одной фиксированной частоте , которая являетсярезонансной для узкополосной колебательной системы.

Если же , то амплитуда выходных колебаний будет непрерывно нарастать, что является необходимым условием самовозбуждения генератора.

Таким образом, условие самовозбуждения автогенератора имеет следующий вид:

6. Генераторы. Аналоговые устройства аппаратуры связи

Автогенераторы (или, чаще, генераторы) используются в радиотехнике и связи для получения электромагнитных колебаний. В зависимости от формы колебаний различают генераторы гармонических и негармонических (прямоугольных, пилообразных, импульсных и т. п.) колебаний.

В качестве активных элементов в генераторах применяются электронные лампы, биполярные и полевые транзисторы и др. Различие в элементной базе пассивной части схемы генератора позволяет вести речь о LC–генераторах или о RC–генераторах.

На рис. 6.1, а показан параллельный колебательный контур, состоящий из элементов L, C и G. Если контуру сообщить некоторое количество энергии, то в нем возникнут свободные гармонические колебания. Из-за наличия резистивной проводимости G в контуре имеются потери и колебания будут затухающими, т. е. напряжение на контуре будет иметь вид затухающей синусоиды (рис. 6.1, б):

,

где – начальная амплитуда напряжения на контуре, a – коэффициент затухания контура; – частота свободных колебаний; – резонансная частота контура; j – начальная фаза колебания.

Рис. 6.1

Чтобы превратить такой контур в генератор незатухающих гармонических колебаний, нужно возмещать в нем потери, т. е. пополнять контур энергией. Энергию в контуре можно пополнять, например, за счет собственных колебаний, снятых с контура и усиленных усилителем. Работающая на таком принципе схема автогенератора показана на рис. 6.2 (источник питания обозначен на схеме ). Она состоит из биполярного транзистора, в коллекторную цепь которого включен колебательный контур. С помощью трансформатора напряжение снимается с контура и подается на вход (участок «база–эмиттер» ) транзистора.

Рис. 6.2

Причиной возникновения колебаний в автогенераторе являются флуктуации тока в элементах реальной схемы (за счет теплового движения электронов в активных элементах и резисторах, дробового эффекта в активных элементах и т. д.), а также за счет внешних помех. Флуктуации тока , протекающего через контур, вызывают флуктуации напряжения на контуре . Спектр этих случайных флуктуаций весьма широк и содержит составляющие всех частот.

Составляющие напряжения с частотами, близкими к резонансной частоте контура , будут иметь наибольшую амплитуду, так как модуль комплексного эквивалентного сопротивления контура является наибольшим и равным именно на этой частоте . Выделенное на контуре синусоидальное с частотой напряжение через цепь обратной связи, образованную трансформатором, передается на вход транзистора, создавая напряжение . Это напряжение вызовет увеличение коллекторного тока , что, в свою очередь, приведет к увеличению напряжения на контуре . Как следствие этого увеличатся напряжение обратной связи и напряжение и, значит, вновь увеличатся коллекторный ток и напряжение на контуре и т. д. Таким образом, в замкнутой системе автогенератора самовозбуждаются колебания частоты, близкой к резонансной частоте контура .

Очевидно, важным условием возникновения колебаний является то, что фаза напряжения должна быть такой, чтобы увеличение напряжения вызывало увеличение коллекторного тока и, тем самым, новое увеличение . Это условие и есть условие баланса фаз. Баланс фаз достигается правильным включением вторичной обмотки трансформатора. При переполюсовке обмотки трансформатора возрастание напряжения на контуре приведет к уменьшению коллекторного тока, т. е. баланс фаз нарушится и самовозбуждения не произойдет.

Обратная связь (ОС), при которой выполняется баланс фаз, является положительной обратной связью. В противном случае обратная связь отрицательная. Самовозбуждение автогенератора возможно только при наличии положительной обратной связи.

Пока амплитуда напряжения была мала, работа происходила на линейном участке вольт-амперной характеристики транзистора. С увеличением амплитуды колебаний на контуре возрастает напряжение обратной связи и, значит, входное напряжение транзистора . При этом все сильнее сказывается нелинейность ВАХ транзистора. Наконец, при достаточно больших амплитудах колебаний ток коллектора перестает увеличиваться, значения напряжения на контуре , обратной связи и входное стабилизируются и в автогенераторе установится стационарный динамический режим с постоянной амплитудой колебаний и частотой генерации, близкой к резонансной частоте колебательного контура . Таким образом, стационарные колебания в автогенераторе устанавливаются только благодаря наличию нелинейности вольт-амперной характеристики транзистора.

Рассмотренный выше генератор содержит трансформатор и называется генератором с трансформаторной обратной связью, т. к. через трансформатор напряжение с выхода транзисторного усилительного каскада попадает на его вход. Можно сказать, что трансформатор представляет собой цепь обратной связи. Транзисторный усилительный каскад есть ни что иное, как нелинейный резонансный усилитель. Таким образом, автогенератор с трансформаторной обратной связью можно изобразить в виде усилителя, охваченного обратной связью (рис. 6.3). Обобщенная схема на рис. 6.3 справедлива и для других типов генераторов.

Рис. 6.3

Недостатком схем LC–генераторов с трансформаторной обратной связью является наличие двух индуктивно связанных катушек. Поэтому на практике используют схемы LC–генераторов с автотрансформаторной обратной связью, в которых напряжение ОС снимается с части колебательного контура. Такая схема изображена на рис. 6.4, а. Она известна также под названием схемы индуктивной трехточки. Элементы С, и образуют колебательный контур: резистор является элементом цепи автоматического смещения, через который протекает постоянная составляющая тока базы; конденсатор предотвращает попадание напряжения питания на базу и влияет на постоянную времени цепи автосмещения. На рис. 6.4, б приведена эквивалентная схема индуктивной трехточки по переменному току, т. е. цепи питания и смещения на рисунке не показаны.

Обычно полагают, что входное сопротивление транзистора настолько велико, что током базы можно пренебречь. В этом случае, как видно из рис. 6.4, б, элементы С, и образуют трехэлементный колебательный контур, в котором сначала происходит резонанс токов, а затем резонанс напряжений в контуре С. Усилительный каскад со сложным колебательным контуром в коллекторной цепи транзистора является нелинейным резонансным усилителем.

Рис. 6.4

Цепью обратной связи в этой схеме служит делитель напряжения, образованный индуктивностью и индуктивностью . Действительно, напряжение, снимаемое с выхода усилительного элемента (транзистора), приложено к колебательному контуру или, что то же, к ветви (рис. 6.4, б). Напряжение обратной связи снимается с индуктивности и подается на вход усилительного элемента. Усилительный каскад на одном транзисторе поворачивает фазу сигнала на 180° . Для соблюдения баланса фаз цепь обратной связи также должна вносить фазовый сдвиг 180° . Это и происходит на самом деле. Ток в ветви С из-за емкостного характера ее сопротивления опережает напряжение на контуре на 90° . В свою очередь, напряжение на индуктивности опережает этот ток еще на 90° . Таким образом, сдвиг фаз между напряжениями и составляет 180° .

На сравнительно низких частотах, где реализация LC–контуров становится затруднительной из-за больших габаритов и массы, низкой добротности и невозможности перестройки, используют RC–автогенераторы. Они также представляют собой комбинацию усилителя и пассивной RC–цепи для создания обратной связи.

На рис. 6.5, а показана схема такого генератора – однокаскадный транзисторный усилитель, между входом и выходом которого включен лестничный пассивный четырехполюсник.

Для возникновения генерации колебаний необходимо, чтобы напряжение обратной связи, подаваемое на вход генератора, непрерывно возрастало. Это возможно только тогда, когда усиление усилительного каскада больше ослабления, вносимого цепью обратной связи. Кроме того, должно выполняться условие баланса фаз. Последнее означает, что поскольку один каскад транзисторного усилителя вносит сдвиг фаз, равный 180° , то цепь обратной связи также должна вносить сдвиг фаз 180° , чтобы общий сдвиг фаз равнялся 0° (или 360° ).

Рис. 6.5

Рис. 6.6

Однако простейшее RC–звено вносит сдвиг фаз, не превышающий 90° . Поэтому необходимо взять число звеньев не меньше трех. Зависимость сдвига фаз от частоты RC–цепи из трех звеньев показана на рис. 6.5, б. Элементы RC–цепи рассчитывают так, чтобы на частоте генерации получить сдвиг фаз 180° .

В стационарном режиме, кроме баланса фаз, выполняется также и баланс амплитуд, т. е. усиление усилительного каскада становится равным ослаблению цепи обратной связи, так что амплитуда напряжения цепи обратной связи, а значит и выходного, остается постоянной.

На рис. 6.6, а и б изображен еще один RC–автогенератор, носящий название автогенератора с мостом Вина. Это усилитель с коэффициентом усиления ; между его выходом и входом включена RC–цепь обратной связи. Как и в других генераторах, для самовозбуждения колебаний необходимо, чтобы усиление усилителя К было бы больше ослабления, вносимого в выходной сигнал усилителя RC–цепью обратной связи. Усилитель не изменяет фазу сигнала, следовательно, чтобы обратная связь была положительной и, тем самым, выполнялся баланс фаз, цепь обратной связи также не должна изменять фазу сигнала.

Анализ различных схем автогенераторов показывает, что все они могут быть представлены обобщенной структурой, показанной на рис. 6.7, а. При этом избирательная система (LC и RC–цепи) может быть включена либо в схему усилителя, либо в схему цепи обратной связи. Задача избирательной системы – отфильтровать ненужные гармонические составляющие, возникающие из-за нелинейности ВАХ, и обеспечить, тем самым, условия самовозбуждения автогенератора только на частоте генерации.

На рис. 6.7, б изображена обобщенная схема автогенератора с разомкнутой цепью ОС. На входе усилителя действует гармоническое напряжение с комплексной амплитудой . Усилитель изменяет амплитуду и начальную фазу колебания и формирует напряжение с комплексной амплитудой . Коэффициент усиления усилителя равен отношению амплитуды выходного напряжения к амплитуде входного напряжения

Рис. 6.7

. (6.1)

Усилитель добавляет к начальной фазе входного гармонического напряжения фазовый сдвиг .

Цепь ОС ослабляет сигнал, действующий на ее входе, до величины . Коэффициент передачи цепи обратной связи равен

. (6.2)

Фазовый сдвиг, вносимый этой цепью, составляет величину .

Для того, чтобы после замыкания цепи обратной связи в генераторе происходило самовозбуждение колебаний, необходимо, чтобы на частоте генерации амплитуда гармонического напряжения на выходе схемы рис. 6.7, б была больше амплитуды гармонического напряжения на входе схемы, т. е.

, (6.3)

где – коэффициент передачи обобщенной схемы автогенератора с разомкнутой обратной связью.

Преобразуем выражение (6.3):

. (6.4)

С учетом (6.1) и (6.2) получим

. (6.5)

Выражение (6.5) является фундаментальным в теории автоколебаний; оно применимо к любому типу генератора.

Таким образом, для самовозбуждения автогенератора необходимо, чтобы на частоте генерации усиление усилителя превышало ослабление, вносимое цепью обратной связи, т. е.

. (6.6)

Условие (6.5), или (6.6), является необходимым, но недостаточным. Кроме него должен выполняться баланс фаз, т. е. совпадение начальных фаз гармонических напряжений на входе и выходе схемы рис. 6.7, б. Такое совпадение наступает, когда суммарный сдвиг фаз, вносимый усилителем и цепью обратной связи, равен нулю или кратен 360° :

, (6.7)

где К – целое число.

Таким образом, сдвиг фаз в цепи обратной связи зависит от сдвига фаз в усилителе и дополняет его до 360° .

Генератор с трансформаторной обратной связью. Усилительным (активным) элементом в генераторе с трансформаторной обратной связью является усилительный каскад на одном транзисторе с колебательным контуром в коллекторной цепи. На рис. 6.8, а показана вольт-амперная характеристика транзистора, представляющая зависимость тока коллектора от напряжения на участке « база – эмиттер» .

При выборе постоянного напряжения смещения и отсутствии переменного напряжения на входе транзисторного усилительного каскада (рис. 6.2) на участке « база – эмиттер» действует напряжение . В цепи коллектора транзистора протекает постоянный ток . Предположим теперь, что на входе транзисторного каскада появилось гармоническое напряжение с небольшой амплитудой , так что рабочая точка, смещаясь под действием переменного напряжения, остается все время на линейном участке ВАХ. В этом случае в цепи коллектора наряду с постоянным током будет протекать переменный ток.

Рис. 6.8

Из-за линейного характера рабочего участка ВАХ переменный ток в цепи коллектора будет гармоническим и будет иметь ту же частоту, что и напряжение на участке « база – эмиттер» . Если постоянно увеличивать амплитуду гармонического напряжения на входе транзистора (рис. 6.8, б), то наступит момент, когда рабочая точка, перемещаясь под действием переменного напряжения, начнет « захватывать» нелинейный участок ВАХ. Ток коллектора перестанет тогда быть гармоническим. Помимо первой гармоники, имеющей ту же самую частоту, что и входное напряжение, появятся высшие гармоники.

В случае, когда коллекторный ток транзистора является гармоническим (рис. 6.8, а), напряжение, создаваемое этим током на колебательном контуре, будет также гармоническим с амплитудой , где Z – полное сопротивление контура на частоте гармонического колебания.

Коэффициент передачи (усиления) усилителя определяется отношением амплитуды выходного напряжения к амплитуде входного напряжения (рис. 6.7, б):

.

Отношение амплитуды гармонического колебания тока к амплитуде гармонического колебания напряжения (при условии, что эти амплитуды малы) называется дифференциальной крутизной вольт-амперной характеристики транзистора:

. (6.8)

Пока рабочая точка не выходит за пределы линейного участка ВАХ, дифференциальная крутизна остается постоянной.

Таким образом коэффициент передачи усилителя равен произведению дифференциальной крутизны ВАХ в рабочей точке и полного сопротивления колебательного контура Z на частоте гармонического колебания:

. (6.9)

При больших амплитудах напряжения на входе транзистора (рис.6.8, б) ток коллектора перестает быть гармоническим и определение дифференциальной крутизны из (6.8) теряет смысл. Обычно вместо дифференциальной крутизны используют понятие средней крутизны, или крутизны по первой гармонике, т. е. отношение амплитуды первой гармоники коллекторного тока к амплитуде входного напряжения. Обозначим амплитуду первой гармоники . Тогда вместо (6.8) будем иметь

. (6.10)

Если колебательный контур построен таким образом, что его резонансная частота

совпадает с частотой первой гармоники тока коллектора, то полное сопротивление контура на этой частоте будет максимальным и равным R = 1/G, а на частотах, отличных от резонансной, оно будет уменьшаться. При больших добротностях Q колебательного контура его полное сопротивление станет настолько малым для всех высших гармоник тока, начиная со второй, что эти гармоники не создадут практически никакого напряжения на контуре. Амплитуда напряжения на контуре будет определяться только амплитудой первой гармоники тока: .

Коэффициент передачи усилительного каскада в этом случае определится как

. (6.11)

Данное выражение справедливо только для резонансной частоты . На других частотах при достаточно высокой добротности контура коэффициент усиления усилителя резко уменьшается. Следовательно, самовозбуждение генератора может произойти только на частоте резонанса колебательного контура, т. е. частота генерации .

Цепь обратной связи в генераторе на рис. 6.2, ослабляющая сигнал, подводимый к усилителю, представляет собой трансформатор с первичной обмоткой, имеющей индуктивность L, вторичной обмоткой с индуктивностью и взаимной индуктивностью М.

Из теории трансформатора известно, что напряжение, наводимое первичной обмоткой во вторичной, зависит от взаимной индуктивности М:

.

В свою очередь, напряжение на первичной обмотке (т. е. на контуре) зависит от ее индуктивности L:

.

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке можно выразить через напряжение на колебательном контуре:

. (6.12)

Наличие связи (6.12) между мгновенными значениями напряжения позволяет сразу же установить связь между амплитудами этих напряжений:

.

Коэффициент передачи цепи обратной связи, как это следует из рис. 6.7, б, равен

. (6.13)

Он не зависит от частоты и поэтому одинаков на всех частотах.

Условие самовозбуждения генератора (6.5), или (6.6) примет в данном случае вид:

или . (6.14)

В реальных схемах генераторов выполнение условия (6.14) обеспечивают изменением взаимной индуктивности М. Поэтому данное условие записывают обычно в виде

.

Величина

(6.15)

называется критическим коэффициентом взаимной индукции. Колебания в генераторе могут возникнуть только при обратной связи с .

Второе условие возникновения колебаний (6.7) означает, что в схеме генератора должен выполняться баланс фаз. Известно, что однокаскадный усилитель (усилитель на одном транзисторе) «переворачивает» сигнал, т. е. вносит сдвиг фаз 180° . Чтобы сдвиг фаз в цепи обратной связи дополнял сдвиг фаз в усилителе до 360° , т. е. равнялся также 180° , необходимо переполюсовать вторичную обмотку трансформатора таким образом, чтобы напряжение на ней было перевернуто относительно напряжения на первичной обмотке.

Пример 6.1

Рассчитать значение коэффициента передачи цепи обратной связи , при котором наступает самовозбуждение автогенератора (рис. 6.2), а также частоту генерации , если заданы параметры элементов контура L = 100 мкГн, С = 0,1 мкФ, R = 20 кОм и средняя крутизна ВАХ транзистора = 4 мА/В.

Из условия (6.14) следует, что самовозбуждение автогенератора наступает при

.

Рассчитаем коэффициент передачи усилителя по формуле (6.11):

.

Найдем :

.

Самовозбуждение автогенератора наступает при > > 0,0125.

Частотой генерации колебаний является резонансная частота колебательного контура, поэтому

кГц.

Пример 6.2

Рассчитать значение критического коэффициента взаимной индукции автогенератора (рис. 6.2), если заданы параметры элементов контура L = 100 мкГн, R = 10 кОм и коэффициент передачи усилителя .

Рассчитаем вначале крутизну ВАХ транзистора. Из формулы (6.11) имеем

2 мА/В.

Критический коэффициент взаимной индукции рассчитаем по формуле (6.15):

= 5 мкГн.

Колебания в контуре могут возникнуть только при M > 5 мкГн.

Пример 6.3

Рассчитать крутизну характеристики транзистора, при которой наступит самовозбуждение автогенератора (рис. 6.2), если заданы емкость и сопротивление контура C = 10 нФ, R = 5 кОм, добротность контура Q = 10, а также взаимная индуктивность M = 100 мкГн.

Из теории параллельного колебательного контура известно, что

,

где – сопротивление контура на резонансной частоте, r – характеристическое сопротивление контура .

Зная значения Q = 10, = R = 5 кОм, С = 10 нФ, найдем значение L:

= 2,5 мГн.

Для расчета крутизны ВАХ транзистора воспользуемся условием самовозбуждения (6.14). Получаем

5 мА/В.

Крутизна проходной ВАХ транзистора должна быть больше 5 мА/В, чтобы наступило самовозбуждение автогенератора.

Генератор с автотрансформаторной обратной связью (индуктивная трехточка). В данной схеме генератора (рис. 6.4) усилительный каскад собран на одном транзисторе, в коллекторную цепь которого включен трехэлементный колебательный контур из элементов , и С. Ток базы транзистора обычно принимается равным нулю, т. е. входное сопротивление транзистора считается достаточно большим и, следовательно, транзистор не влияет на работу контура.

Из теории реактивных двухполюсников известно, что на частоте

(6.16)

в данном колебательном контуре возникает резонанс токов, полное сопротивление становится максимальным и равным R = 1/G. Эта частота и выбирается в качестве частоты генерации: .

Усиление транзисторного каскада на резонансной частоте определяется, как и в схеме с трансформаторной обратной связью, формулой (6.11):

, (6.17)

где – средняя крутизна ВАХ в рабочей точке, совпадающая с дифференциальной крутизной при малых амплитудах гармонического напряжения на входе транзистора.

Коэффициент передачи цепи обратной связи (рис. 6.7, б) равен

.

Напряжение обратной связи, подаваемое на вход транзистора, снимается с индуктивности и имеет амплитуду . Амплитуду напряжения на входе усилителя, или, что то же, на колебательном контуре, можно вычислить по формуле . Тогда

.

На частоте резонанса токов (6.16), которая и является частотой генерации , амплитуды токов в реактивных ветвях равны по величине, т. е. . Следовательно,

. (6.18)

Условие самовозбуждения (6.6) запишется с учетом (6.17) и (6.18) в следующем виде:

.

Данное условие позволяет подобрать такое отношение индуктивностей и , при котором в генераторе могут возникнуть гармонические колебания. Частота генерации подстраивается согласно (6.16) изменением величины емкости С.

Усилительный каскад на одном транзисторе вносит сдвиг фаз 180° . Для самовозбуждения генератора такой же сдвиг фаз должна вносить цепь обратной связи. Это и происходит на самом деле, поскольку токи в реактивных ветвях контура в момент резонанса токов находятся в противофазе и, значит, напряжения на индуктивных элементах и также находятся в противофазе.

Пример 6.4

Рассчитать минимальное значение коэффициента передачи усилителя, при котором происходит самовозбуждение автогенератора, схема которого приведена на рис. 6.4, б, а также частоту генерации , если заданы параметры элементов контура = 15 мкГн,  = 6 мкГн, С = 0,1 мкФ.

Рассчитаем коэффициент передачи цепи обратной связи по формуле (6.18)

.

Из условия самовозбуждения автогенератора (6.5) получаем

> .

Рассчитаем значение

.

Самовозбуждение автогенератора может наступить только при > 2,5.

Частоту генерации рассчитаем, используя формулу (6.16):

RC–генератор с лестничной цепью обратной связи. Схема генератора изображена на рис. 6.5, а. В цепь коллектора транзистора включено резистивное сопротивление . Усиление транзисторного каскада на любой частоте равно произведению средней крутизны ВАХ в рабочей точке и сопротивления коллекторной цепи:

.

Транзисторный каскад вносит сдвиг фаз 180° .

По-прежнему считаем входное сопротивление транзистора настолько большим, что он не влияет на работу цепи обратной связи.

Из теории черытехполюсников известно, что передаточная функция лестничной цепи, изображенной на рис. 6.5, а, описывается выражением:

. (6.19)

Необходимо, чтобы цепь обратной связи вносила на частоте генерации фазовый сдвиг 180° . Можно показать, что это произойдет, если выбрать частоту генерации равной

.

Подставив данную формулу в (6.19), легко убедиться, что передаточная функция цепи обратной связи будет равна

.

Тогда из (6.6) получим условие самовозбуждения на частоте :

, (6.20)

т. е. для возникновения в RC–генераторе колебаний усиление транзисторного каскада должно быть больше 29 единиц.

Пример 6.5

Рассчитать значение сопротивления в коллекторной цепи, при котором произойдет самовозбуждение автогенератора (рис. 6.5, а), а также частоту генерируемых колебаний, если заданы параметры элементов цепи обратной связи С = 200 пФ, R = 20 кОм и средняя крутизна ВАХ транзистора = 65 мА/В.

Из условия самовозбуждения (6.20) найдем значение :

Ом.

Для того, чтобы произошло самовозбуждение автогенератора необходимо, чтобы было больше 446 Ом.

Частота генерации рассчитывается по формуле

= 97 кГц.

RC–генератор с мостом Вина. Схема генератора дана на рис. 6.6, а. Усилитель, выполненный на транзисторах или операционном усилителе, имеет независимый от частоты коэффициент передачи К. Между выходом и входом усилителя включен четырехполюсник обратной связи в виде RC–цепи. Схема генератора с разомкнутой обратной связью приведена на рис. 6.6, б.

Коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи имеет вид:

. (6.21)

Поскольку усилитель не вносит фазового сдвига, для выполнения условия баланса фаз требуется, чтобы цепь обратной связи также не вносила никакого фазового сдвига. Известно, что RC–четырехполюсник на рис. 6.6, б вносит нулевой сдвиг фаз на частоте

.

На этой частоте будет происходить генерация колебаний.

Подстановка выражения для в (6.21) дает значение коэффициента передачи цепи обратной связи на частоте генерации:

.

Условие самовозбуждения на частоте генерации примет вид:

. (6.22)

Если выбрать и , то условие возникновения колебаний упростится: К > 3. В этом случае гармонические колебания с частотой возникнут в генераторе, когда усиление усилителя будет больше 3 единиц.

Пример 6.6

Рассчитать значение емкости в цепи обратной связи автогенератора (рис. 6.6, а) и частоту генерации , если заданы параметры элементов 20 кОм, = 10 кОм,  = 7 нФ и коэффициент усиления усилителя К = 4.

Значение емкости найдем из условия самовозбуждения (6.22):

.

Отсюда

нФ.

Для того, чтобы произошло самовозбуждение автогенератора, необходимо чтобы емкость была меньше 7 нФ.

Частота генерации рассчитывается по формуле

В усилителях на транзисторе передаточная функция определяется, как было показано выше, выражением

, (6.23)

где – сопротивление нагрузки усилителя (резонансное сопротивление контура, коллекторное сопротивление и т. п.).

Рис. 6.9

Средняя крутизна зависит от амплитуды напряжения на входе транзистора и от положения рабочей точки . На рис. 6.9 показана типичная ВАХ транзистора . Пусть рабочая точка выбрана на середине линейного участка характеристики (). При увеличении амплитуды напряжения средняя крутизна, пока мы находимся в пределах линейного участка характеристики, остается неизменной. Затем средняя крутизна ВАХ падает (рис. 6.10, а).

Если выбрать рабочую точку () на нижнем загибе характеристики , где средняя крутизна мала, то по мере увеличения амплитуды будут охватываться участки характеристики с большей крутизной и, следовательно, будет расти. После прохождения участка с наибольшей крутизной дальнейшее увеличение приводит к уменьшению средней крутизны (рис. 6.10, б).

Рис. 6.10

Рис. 6.11

Из выражения (6.23) следует, что усиление транзисторного усилителя также зависит от амплитуды напряжения на входе транзистора и от положения рабочей точки. На рис. 6.11, а и б показаны графики в зависимости от амплитуды для двух положений рабочей точки на ВАХ, соответствующих рис. 6.9.

Условие (6.6)

соответствует появлению в генераторе гармонических колебаний с нарастающей амплитудой. Смена знака в этом неравенстве на обратный, т. е. будет означать, что гармонические колебания в генераторе затухают по амплитуде. Установившемуся, или стационарному режиму, соответствует равенство

. (6.24)

Кроме того, на частоте генерации должен выполняться баланс фаз: .

Равенство (6.24) удобно иллюстрировать графически. Сначала строится график зависимости усиления усилителя от амплитуды сигнала на его входе (рис. 6.11), а затем проводится прямая линия на уровне . Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения линий на ось абсцисс, указывает на установившееся (стационарное) значение амплитуды гармонического колебания на входе усилителя.

На рис. 6.11, б прямая линия пересекает кривую усиления в двух точках В и С, которым соответствуют две установившиеся (стационарные) амплитуды колебаний и .

Установившийся режим работы генератора называется устойчивым, если отклонение амплитуды от установившегося значения с течением времени будет уменьшаться.

Рассмотрим установившийся режим в точке А на рис. 6.11, а. Уменьшение амплитуды напряжения , т. е. отклонение влево от значения приведет к выполнению неравенства

.

В результате амплитуда колебаний будет увеличиваться и приближаться к установившемуся значению. При увеличении амплитуды напряжения , т. е. при отклонении вправо от будет выполняться неравенство

и амплитуда уменьшится, вновь приближаясь к установившемуся значению .

Точка В на рис. 6.11, б соответствует неустойчивому установившемуся режиму, так как отклонение амплитуды от установившегося значения в сторону уменьшения ведет в силу неравенства

к дальнейшему уменьшению амплитуды и, в конечном счете, к срыву колебаний, а отклонение амплитуды от установившегося значения в сторону увеличения вызовет дальнейший ее рост так как

,

и переход в следующее установившееся состояние, отмеченное точкой С. Установившееся состояние в точке С является устойчивым, в чем легко убедиться с помощью рассуждений, аналогичных приведенным выше.

Можно заметить, что справедливо следующее утверждение: пересечение прямой линии с кривой усиления дает устойчивое установившееся значение амплитуды гармонических колебаний на входе усилителя , если касательная к кривой в стационарной точке имеет отрицательный угол наклона, и неустойчивое значение – если угол наклона касательной является положительным.

По графикам на рис. 6.11 определяется амплитуда установившегося гармонического колебания на входе усилителя. Для того, чтобы определить амплитуду установившегося гармонического колебания на выходе усилителя, или, что то же, на выходе генератора (рис. 6.7), нужно амплитуду напряжения на входе усилителя умножить на коэффициент усиления усилителя в установившемся режиме:

.

Пример 6.7

Рассчитать амплитуду стационарного колебания на выходе автогенератора (рис. 6.2), если заданы L = 100 мкГн, М = 10 мкГн, G = См, а также график зависимости – на рис. 6.12.

Рассчитываем коэффициент передачи цепи обратной связи по формуле (6.43)

Рис. 6.12

.

Рассчитываем коэффициент передачи усилителя, при котором в автогенераторе существуют стационарные колебания:

.

Из условия (6.23) находим значение стационарной средней крутизны

2 мА/В.

По графику 6.12 определяем амплитуду стационарного колебания на входе усилителя

1,2 В.

Рассчитываем амплитуду стационарного колебания на выходе автогенератора

12 В.

Пример 6.8

Определить амплитуду стационарного колебания на выходе автогенератора (рис. 6.4, б), если заданы индуктивности = 15 мкГн, = 5 мкГн и колебательная характеристика (рис. 6.13) автогенератора.

Рассчитываем коэффициент передачи цепи ОС автогенератора по формуле (6.18)

.

Из баланса амплитуд коэффициент передачи усилителя

.

Рис. 6.13

По колебательной характеристике (рис. 6.13) определяем амплитуду стационарного колебания на входе усилителя. Следует отметить, что прямая пересекает колебательную характеристику в точке С, причем этот режим является устойчивым, поэтому

= 0,6 В.

Амплитуда стационарного колебания на выходе автогенератора определяется по формуле

1, 8 В.

Будем менять величину и наблюдать за процессом возникновения колебаний. Этот процесс зависит также от выбора рабочей точки на вольт-амперной характеристике (напряжения смещения ).

Выбору рабочей точки в области наибольшей крутизны (напряжение смещения на рис. 6.9) соответствует график , показанный на рис. 6.11, а.

Рис. 6.14

На рис. 6.14, а изображены несколько прямых, соответствующих различным значениям .

При колебания в автогенераторе возникнуть не могут, поскольку , значит, любые случайные флуктуации напряжения будут быстро затухать.

Увеличение до значения приводит к условию . Дальнейшее увеличение усиливает неравенство и, таким образом, начиная с Õ , в автогенераторе возникают незатухающие гармонические колебания с соответствующими установившимися амплитудами на входе усилителя . С увеличением установившаяся амплитуда гармонических колебаний плавно нарастает. Уменьшение вызовет плавное уменьшение значений установившейся амплитуды .

График зависимости установившейся амплитуды гармонического колебания на входе усилителя от коэффициента передачи цепи обратной связи приведен на рис. 6.14, б. Такой режим самовозбуждения, при котором амплитуда колебаний плавно нарастает с увеличением , называется мягким режимом самовозбуждения.

Если рабочую точку выбрать на нижнем загибе ВАХ, как это показано на рис. 6.9, при , то график имеет вид, показанный на рис. 6.15, а.

Рис. 6.15

При значениях , равных , и , наличие малых флуктуаций напряжения не приведет к установившемуся режиму работы генератора, поскольку при этих значениях будет иметь место неравенство .

Только начиная с , когда Õ , малые флуктуации амплитуды напряжения начинают быстро расти, пока не установится устойчивое стационарное значение амплитуды колебаний . Дальнейшее увеличение ведет к плавному росту амплитуды установившегося в генераторе колебания.

При плавном уменьшении коэффициента передачи цепи обратной связи амплитуда установившегося гармонического колебания будет также плавно уменьшатся. Колебания сорвутся при значении , меньшем , когда перестанет выполняться условие Õ . На рис. 6.15, б дан график изменения стационарной амплитуды в зависимости от . Такой режим, когда колебания возбуждаются при большем значении , а срываются при меньшем значении , называется жестким режимом самовозбуждения.

Достоинством мягкого режима самовозбуждения является плавное изменение амплитуды при изменении коэффициента передачи . Достоинством жесткого режима является высокий КПД за счет работы с отсечкой коллекторного тока.

Рис. 6.16

Можно объединить достоинства мягкого и жесткого режимов самовозбуждения, если ввести в автогенератор цепь автоматического смещения (рис. 6.16, а). Исходное смещение выбирают таким, чтобы рабочая точка находилась на участке наибольшей крутизны ВАХ, что соответствует мягкому режиму. При нарастании амплитуды колебаний в цепи базы за счет нелинейности ВАХ будет происходить детектирование колебаний. Возрастание постоянной составляющей тока базы , которая на активном сопротивлении создает напряжение × , приведет к уменьшению результирующего напряжения смещения  – × и, как результат, к сдвигу рабочей точки влево (рис. 6.16, б) к нижнему загибу вольт-амперной характеристики . Переходный процесс заканчивается (при соответствующей величине ) установлением жесткого стационарного режима с более высоким КПД.

Вопросы и задания для самопроверки

1. Каким образом в автогенераторе (рис. 6.2) возникают стационарные гармонические колебания?

2. Пояснить принцип работы автогенератора по рис. 6.3.

3. Какие типы автогенераторов существуют? Как работают эти генераторы?

4. Сформулировать условия самовозбуждения автогенераторов:

а) с трансформаторной обратной связью;

б) индуктивной трехточки;

в) RC-генератора с лестничной цепью обратной связи;

г) RC-генератора с мостом Вина.

5. Проверить, произойдет ли самовозбуждение автогенератора (рис. 6.2), если L = 200 мкГн, М = 50 мкГн, = 10 кОм, = 1 мА/В.

Ответ: да.

6. Является ли цепь на рис. 6.4, б автогенератором, если = 2,5;  = 30 мкГн; = 10 мкГн?

Ответ: нет.

7. Рассчитать значение крутизны характеристики транзистора, при котором произойдет самовозбуждение RC-автогенератора с лестничной цепью обратной связи, если = 0,5 кОм.

Ответ: > 58 мА/В.

8. Как рассчитывается частота генерируемых колебаний в автогенераторах разных типов?

9. Рассчитать частоту генерации колебаний в RC-генераторе с мостом Вина, если = 7 нФ, = 10 кОм.

Ответ: = 2,27 кГц.

10. Какими будут графики зависимости средней крутизны (или коэффициента передачи усилителя) от напряжения на входе усилителя при разных положениях рабочей точки на ВАХ (в середине линейного участка и на нижнем загибе)?

11. Сформулировать условия баланса амплитуд и баланса фаз в установившемся режиме.

12. Каким образом по колебательной характеристике (рис. 6.11) определяется амплитуда стационарных колебаний?

13. Определить амплитуду стационарного колебания на выходе RC-генератора с лестничной цепью обратной связи, если = = 14,5 мА/В, = 2 кОм, колебательная характеристика изображена на рис. 6.17.

Рис. 6.17

Ответ: = 11,6 В.

14. При каких условиях режим самовозбуждения автогенератора является мягким (жестким)?

15. В чем отличие мягкого режима самовозбуждения автогенератора от жесткого режима? Пояснить по графикам рис. 6.14 и рис. 6.15.

16. Каким образом объединить достоинства мягкого и жесткого режимов самовозбуждения?

Список литературы

1. Бакалов В.П., Воробиенко П.П., Крук Б.И. Теория электрических цепей: Учебник для вузов; Под ред. В.П. Бакалова. – М.: Радио и связь, 1998.

2. Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории электрических цепей и электроники: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1989.

3. Бакалов В.П., Крук Б.И., Журавлева О.Б. Теория электрических цепей: Учебное пособие для дистанционного обучения. – Новосибирск: СибГАТИ, 1998.

4. Krouk B.I., Zhuravleva O.B. Fundamentals of communication technique: Manual for universities and colleges. – Novosibirsk: SibSATI, 1998.

5. Крук Б.И. Методические указания к самостоятельной работе студентов над курсом ТЭЦ, часть II. Анализ линейных цепей в частотной области. – Новосибирск: НЭИС, 1989.

Как работают резервные генераторы во время сбоя

Как резервные генераторы автоматически восстанавливают мощность во время отключения электроэнергии

Перебои в подаче электроэнергии, вызванные штормами и другими факторами. Оставьте свой дом и семью без необходимого электричества

Для работы первых генераторов потребовалась команда инженеров. Они поддерживали работу паровых двигателей, которые обеспечивали механическую энергию для генератора, и постоянно настраивали генератор, чтобы регулировать выработку энергии.По мере развития технологии потребность в постоянном надзоре постепенно уменьшалась, пока генераторы не могли работать самостоятельно. По мере снижения стоимости и повышения надежности системы, предназначенные для обеспечения резервного питания, нашли свое место на рынке.

, называемые резервными генераторами, они всегда готовы к подаче электроэнергии в любой момент без вмешательства оператора. Современные домашние резервные генераторы используют в качестве топлива природный газ или пропан. Если топливо недоступно или доступно, другой альтернативой является дизельный генератор.

Покупатель Руководство: резервный генератор какого размера мне нужен?

Основы

Резервная генераторная система постоянно установлена ​​за пределами жилого дома или бизнеса и подключается к долгосрочным поставкам топлива, чтобы исключить частые заправка. Жилые и коммерческие системы обычно работают на природном газе или сжиженном нефтяном газе. газ. Автоматический безобрывный переключатель подключает генератор к электрической системе здания. и выбирает мощность генератора или электросеть.

Когда генератор обнаруживает отключение электроэнергии, двигатель запускается. автоматически и включает энергоблок, называемый генератором переменного тока.В Генератор преобразует механическую энергию двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию. Через несколько секунд для стабилизации оборотов двигателя и электрический выход, безобрывный переключатель изолирует цепи, от которых он управляет коммунальной сети и поставляет электроэнергию от генератора в дом или офис.

Лучшее Генератор природного газа для питания всего дома

Автоматический переключатель

Автоматический переключатель резерва делает генератор стационарно установленным. решение для отключения электроэнергии.В зависимости от модели это может быть ATS с центром нагрузки. с собственными автоматическими выключателями или он управляет главной панелью автоматического выключателя, или вспомогательная панель. Некоторые автоматические переключатели включают управление питанием. возможности для 240-вольтовых сильноточных нагрузок.

Безобрывный переключатель изолирует резервный генератор от электросети. линий. Когда происходит сбой, он автоматически отключает коммунальную службу. и подключает генератор, как только он готов к подаче электроэнергии. Типичный переключение занимает менее минуты от запуска до передачи.Изоляция предотвращает генератор от питания инженерных сетей и создания опасности для рабочих. Когда электросеть восстанавливает питание, изоляция защищает генератор от повреждений.

Когда электросеть восстанавливает питание, передаточный переключатель отключает генератор и снова подключает электросеть — автоматически.

Покупатель Руководство для автоматических выключателей

Управление питанием

При высоковольтных устройствах (кондиционеры, водонагреватели электрические, электрические сушилки и др.) все пытаются работать одновременно, резервный генератор может не способны выдержать полную нагрузку. С опцией управления питанием высоковольтный нагрузки работают только при достаточной мощности генератора. Это может заставить один воздух кондиционер, чтобы подождать, пока другой работает, и другие мощные нагрузки также могут должен подождать.

Системы управления питанием

обычно выбирают нагрузки для работы на основе предварительно установленного приоритета. потому что дома и предприятия часто имеют несколько нагрузок, которые требуют управления при работе в режиме ожидания.При правильном управлении питанием эти каждая нагрузка получает свою долю энергии, необходимую для поддержания работы приборов. работает во время отключения.

Управление нагрузкой на основе приоритета позволяет уменьшить размер, снизить расход топлива и менее дорогостоящий резервный генератор для выполнения работы более крупного генератора, который стоит больше и расходует больше топлива.

в режиме ожидания Генераторные системы с управлением питанием

«Лучшая покупка» Резервный генератор Champion

Магазин для резервного генератора природного газа в Norwall

Контроллер генератора

Контроллер Generac Evolution включает двухстрочный многоязычный дисплей

Контроллер лежит в основе генератора.Он обрабатывает все в режиме ожидания генератор работает от запуска до выключения и контролирует генератор на предмет проблемы. Некоторые модели обрабатывают обнаружение отключения электроэнергии, другие полагаются на переключатель передачи для обнаружения сбоя. В любом случае небольшая задержка в несколько секунд гарантирует, что отключение не будет мгновенным. Двигатель запускается и стабилизируется на полной скорости примерно через пять секунд. В то же время выход генератора достигает полного напряжения, и система готова к работе с полной нагрузкой. нагрузка.

После того, как утилита восстанавливает питание, контроллер запускает двигатель в цикл охлаждения, обычно длится около минуты, а затем отключает генератор.Чтобы резервный генератор оставался смазанным и готовым к работе, контроллер будет также проверяйте генератор по установленному графику. Он запускает устройство, позволяет ему работать на короткое время, затем снова отключает его.

Как Это работает: компоненты резервного генератора

Система резервного генератора

Производители разрабатывают автоматические переключатели и контроллеры генераторов для работы вместе как единое целое и предоставляют больше функций, чем при использовании отдельно разработанных и изготовлены выключатели и генераторы.Это устраняет проблемы совместимости, упрощает установку и снижает затраты при повышении надежности. В режиме ожидания Генераторную систему часто называют «генераторной установкой». Набор включает генератор и передаточный переключатель, а также любые дополнительные электрические необходимое оборудование, такое как модули управления питанием.

Современная система резервного генератора всегда готова к подаче электроэнергии во время отключение питания для обеспечения безопасности домов и работы предприятий.

Верх 5 брендов домашних резервных генераторов на случай перебоев в подаче электроэнергии

Генератор-генератор: Генератор-генератор: что это такое и как он работает

Что такое генератор-генератор?
Генератор-генератор — это сердце генератора.Генератор, также называемый «генератором», представляет собой часть генератора, которая вырабатывает электрическую энергию из механической энергии, подаваемой на него двигателем. Генератор переменного тока состоит из статора — неподвижного компонента и ротора — подвижного компонента. Когда оба компонента работают вместе, возникает относительное движение между магнитным и электрическим полями, которое, в свою очередь, производит электричество.

Как работает генератор переменного тока?
Генератор-генератор работает по принципу электромагнитной индукции.Согласно этому принципу, когда в присутствии магнитного поля электрический проводник, такой как провод, содержащий электрические заряды, перемещается, это приводит к разнице напряжений между двумя концами электрического проводника, что вызывает движение электрических зарядов по проводу. , тем самым вырабатывая электричество.

Генератор-генератор переменного тока состоит из подвижных и неподвижных компонентов, заключенных в защитный кожух. Стационарная часть генератора переменного тока, также известная как «статор», представляет собой набор проводов или электрических проводников, намотанных катушками на железном сердечнике.Ротор, также известный как якорь, представляет собой подвижную часть генератора переменного тока, которая создает вращающееся магнитное поле тремя различными способами.

1. Индукция — этот механизм есть в больших генераторах. Вы также знаете их под названием «бесщеточные генераторы».
2. Постоянные магниты — Небольшие генераторные установки имеют постоянные магниты, которые создают постоянное магнитное поле. Ротор преобразует это стационарное магнитное поле во вращающееся магнитное поле, что приводит к выработке переменного тока.
3. Использование возбудителя — будучи небольшим источником постоянного тока (DC), возбудитель использует набор контактных колец и щеток для возбуждения ротора.

Принцип работы генератора-генератора
Электрогенераторы и генераторы переменного тока следуют правилу правой руки Флеминга. Правило правой руки Флеминга определяет направление движения проводника, магнитное поле и индуцированный ток. Согласно этому правилу, если вы поместите большой, указательный и средний пальцы правой руки перпендикулярно друг другу, и если большой палец представляет направление движения проводника, то указательный палец представляет направление магнитного поля и средний палец показывает направление электрического тока.

Свяжитесь с ближайшими к вам ведущими дилерами генераторов и получите бесплатные расценки

(Единый пункт назначения для MSME, ET RISE предоставляет новости, обзоры и анализ по GST, экспорту, финансированию, политике и управлению малым бизнесом.)

Загрузите приложение The Economic Times News, чтобы получать ежедневные обновления рынка и новости бизнеса в реальном времени.

Знакомство с генераторами исходного кода C # | Блог .NET

Филипп

Мы рады представить первую предварительную версию генераторов исходного кода, новой функции компилятора C #, которая позволяет разработчикам на C # проверять код пользователя и генерировать новые исходные файлы C #, которые можно добавить в компиляцию.Это делается с помощью нового типа компонента, который мы называем генератором исходного кода.

Чтобы начать работу с генераторами исходного кода, вам необходимо установить последнюю предварительную версию .NET 5 и последнюю предварительную версию Visual Studio. Примечание. Для создания генератора исходного кода в настоящее время требуется Visual Studio. Это изменится в следующей предварительной версии .NET 5.

Что такое генератор источника?

Если вы внимательно не следили за каждым прототипом и предложением, связанным с языком C # и компилятором, то, скорее всего, вы прямо сейчас спросите: «Что такое генератор исходного кода».Генератор исходного кода — это фрагмент кода, который запускается во время компиляции и может проверять вашу программу для создания дополнительных файлов, которые компилируются вместе с остальной частью вашего кода.

Генератор исходного кода — это новый вид компонента, который могут написать разработчики на C #, который позволяет выполнять две основные задачи:

1. Получить объект Compilation , представляющий весь компилируемый код пользователя. Этот объект можно проверить, и вы можете написать код, который работает с синтаксисом и семантическими моделями для компилируемого кода, точно так же, как с анализаторами сегодня.
2. Создает исходные файлы C #, которые могут быть добавлены к объекту Compilation во время компиляции. Другими словами, вы можете предоставить дополнительный исходный код в качестве входных данных для компиляции, пока код компилируется.

В совокупности эти две вещи делают генераторы источников такими полезными. Вы можете проверить код пользователя со всеми обширными метаданными, которые компилятор создает во время компиляции, а затем передать код C # обратно в ту же компиляцию, которая основана на данных, которые вы проанализировали! Если вы знакомы с Roslyn Analyzers, вы можете думать о генераторах исходного кода как об анализаторах, которые могут генерировать исходный код C #.

Генераторы исходного кода работают как этап компиляции, показанный ниже:

Генератор исходного кода — это сборка .NET Standard 2.0, которая загружается компилятором вместе с любыми анализаторами. Его можно использовать в средах, в которых можно загружать и запускать стандартные компоненты .NET.

Теперь, когда вы знаете, что такое генератор исходного кода, давайте рассмотрим некоторые сценарии, которые можно улучшить.

Примеры сценариев, в которых можно использовать генераторы источников

Самый важный аспект генератора исходного кода — это не то, что он есть, а то, что он может включить.

Сегодня существует три общих подхода к проверке пользовательского кода и генерации информации или кода на основе анализа, используемого современными технологиями: отражение во время выполнения, переплетение IL и манипулирование задачами MSBuild. Генераторы источников могут быть улучшением каждого подхода.

Отражение среды выполнения — мощная технология, которая была добавлена ​​в .NET давно. Есть бесчисленное множество сценариев его использования. Очень распространенный сценарий — выполнить некоторый анализ пользовательского кода при запуске приложения и использовать эти данные для генерации вещей.

Например, ASP.NET Core использует отражение при первом запуске веб-службы для обнаружения определенных вами конструкций, чтобы он мог «подключать» такие вещи, как контроллеры и бритвенные страницы. Хотя это позволяет вам писать простой код с мощными абстракциями, это приводит к снижению производительности во время выполнения: когда ваш веб-сервис или приложение впервые запускается, оно не может принимать какие-либо запросы, пока не будет завершен весь код отражения времени выполнения, который обнаруживает информацию о вашем коде. Бег! Хотя это снижение производительности невелико, это в некоторой степени фиксированная стоимость, которую вы не можете улучшить в своем собственном приложении.

С генератором исходного кода этап обнаружения контроллера при запуске может вместо этого происходить во время компиляции путем анализа исходного кода и выдачи кода, необходимого для «подключения» вашего приложения. Это может привести к некоторому более быстрому запуску, поскольку действие, происходящее сегодня во время выполнения, может быть перенесено во время компиляции.

Генераторы исходного кода

могут улучшить производительность способами, которые не ограничиваются отражением во время выполнения для обнаружения типов. Некоторые сценарии включают вызов задачи MSBuild C # (называемой CSC) несколько раз, чтобы они могли проверять данные из компиляции.Как вы можете себе представить, вызов компилятора более одного раза влияет на общее время, необходимое для создания вашего приложения! Мы исследуем, как можно использовать генераторы исходного кода, чтобы избавиться от необходимости манипулировать подобными задачами MSBuild, поскольку генераторы исходного кода не только предлагают некоторые преимущества в производительности, но также позволяют инструментам работать на нужном уровне абстракции.

Еще одна возможность, которую могут предложить генераторы исходного кода, — это отказ от использования некоторых «строго типизированных» API, таких как то, как работает маршрутизация ASP.NET Core между контроллерами и бритвенными страницами.С помощью генератора исходного кода маршрутизация может быть строго типизирована с необходимыми строками, генерируемыми как детали времени компиляции. Это уменьшит количество случаев, когда неверно введенный строковый литерал приводит к тому, что запрос не попадает в правильный контроллер.

По мере того, как мы совершенствуем API и набираем опыт написания генераторов исходного кода, мы ожидаем, что станет очевидным еще больше сценариев. Мы также планируем работать с партнерскими командами, чтобы помочь им внедрить генераторы исходного кода, если это улучшит их основные сценарии.

Генераторы источников и опережающая компиляция (AOT)

Еще одна особенность генераторов исходного кода заключается в том, что они могут помочь устранить основные препятствия для оптимизации компиляции на основе компоновщика и AOT (заблаговременной).Многие фреймворки и библиотеки интенсивно используют отражение или отражение-испускание, например System.Text.Json , System.Text.RegularExpressions , и такие фреймворки, как ASP.NET Core и WPF, которые обнаруживают и / или передают типы от пользователя. код во время выполнения.

Мы также обнаружили, что многие из ведущих разработчиков пакетов NuGet интенсивно используют отражение для обнаружения типов во время выполнения. Включение этих пакетов имеет важное значение для большинства приложений .NET, поэтому это сильно влияет на «возможность связывания» и возможность вашего кода использовать оптимизацию компилятора AOT.Мы с нетерпением ждем возможности поработать с нашим замечательным сообществом OSS, чтобы увидеть, как эти пакеты могут использовать генераторы исходного кода и улучшить общую экосистему .NET.

Hello World, версия Source Generator

Все предыдущие примеры генераторов исходного кода, упомянутые ранее, довольно сложны. Давайте рассмотрим самый простой, чтобы показать некоторые ключевые элементы, которые вам понадобятся для написания собственного генератора исходного кода.

Цель состоит в том, чтобы позволить пользователям, которые установили этот генератор исходного кода, всегда иметь доступ к дружественному сообщению «Hello World» и всем синтаксическим деревьям, доступным во время компиляции.Они могли вызвать его так:

Со временем мы упростим начало работы с инструментами с помощью шаблонов. А пока вот как это сделать вручную:

1. Создайте проект библиотеки .NET Standard, который выглядит следующим образом:

Ключевым моментом здесь является то, что проект может генерировать пакет NuGet, и это зависит от битов, которые включают генераторы исходного кода.

2. Измените или создайте файл C #, который определяет ваш собственный генератор исходного кода, например:

Вам нужно будет применить Microsoft.CodeAnalysis.Generator и реализует интерфейс Microsoft.CodeAnalysis.ISourceGenerator .

3. Добавьте сгенерированный исходный код в компиляцию!

4. Добавьте исходный генератор из проекта в качестве анализатора и добавьте preview в LangVersion в файл проекта следующим образом:

Если вы уже писали Roslyn Analyzers раньше, опыт локальной разработки должен быть аналогичным.

Когда вы пишете код в Visual Studio, вы увидите, что генератор исходного кода работает и сгенерированный код доступен для вашего проекта.Теперь вы можете получить к нему доступ, как если бы вы создали его сами:

Примечание: в настоящее время вам необходимо перезапустить Visual Studio, чтобы увидеть IntelliSense и избавиться от ошибок с помощью раннего набора инструментов

С генераторами исходного кода можно делать гораздо больше, чем просто что-то вроде этого:

• Автоматически реализовать интерфейсы для классов с прикрепленным к ним атрибутом, например INotifyPropertyChanged
• Создание файлов настроек на основе данных, проверенных из контекста SourceGeneratorContext
• Сериализация значений из классов в строки JSON
• и др.

В «Поваренной книге генераторов исходного кода» рассматриваются некоторые из этих примеров с некоторыми рекомендуемыми подходами к их решению.

Кроме того, у нас есть набор примеров, доступных на GitHub, которые вы можете попробовать самостоятельно.

Как упоминалось ранее, мы работаем над улучшением процесса разработки и использования генераторов исходного кода в инструментах, таких как добавление шаблонов, обеспечивающих бесшовную IntelliSense и навигацию, отладку и повышение скорости отклика и производительности в Visual Studio при создании исходных файлов.

Генераторы источника находятся в предварительной версии

Как упоминалось ранее в этом посте, это первая предварительная версия генераторов исходного кода. Цель выпуска этой первой предварительной версии — позволить авторам библиотек опробовать эту функцию и дать нам отзывы о том, чего не хватает и что нужно изменить. От предварительного просмотра до предварительного просмотра могут быть изменения в API и характеристиках исходных генераторов. Мы планируем выпустить генераторы исходного кода как GA с C # 9, а в конце этого года мы намерены стабилизировать API и функции, которые он предоставляет.

Обращение ко всем разработчикам библиотеки C #: попробуйте!

Если у вас есть библиотека .NET, написанная на C #, сейчас самое время оценить генераторы исходного кода и посмотреть, подходят ли они. Есть хороший шанс, что если ваша библиотека интенсивно использует отражение, вы в какой-то мере выиграете.

Чтобы помочь в этом, мы рекомендуем прочитать следующие документы:

Поделитесь с нами своим мнением и дайте нам знать, что вам нужно! Мы хотели бы узнать больше о том, как, по вашему мнению, генераторы исходного кода могут улучшить ваш код, и что, по вашему мнению, не хватает или что необходимо изменить.

Что будет дальше с генераторами источников

Это первое превью и есть первое превью. В Visual Studio есть базовые возможности редактирования, но сейчас это не то, что мы бы считали «качеством 1.0». Мы можем изучить несколько различных дизайнов с течением времени, прежде чем выбрать конкретный. В период с настоящего момента и до выпуска .NET 5 одним из основных направлений работы будет улучшение возможностей редактирования для генераторов исходного кода. Кроме того, мы планируем изменить API, чтобы учесть отзывы от партнерских команд и нашего сообщества OSS.

Кроме того, мы позаботимся о том, чтобы распространять генераторы исходного кода. В настоящее время мы разрабатываем их так, чтобы они были очень похожи на анализаторы, которые могут поставляться вместе с упаковкой. В настоящее время они используют инфраструктуру Analyzer для обработки конфигурации в инструментах редактора.

FAQ

Ниже приводится список вопросов, которые, по нашему мнению, могут возникнуть у некоторых людей. Мы будем пополнять этот список новыми вопросами по мере их поступления.

Как генераторы исходного кода сравниваются с другими функциями метапрограммирования, такими как макросы или плагины компилятора?

Генераторы исходного кода

— это форма метапрограммирования, поэтому их естественно сравнивать с аналогичными функциями на других языках, например макросами.Ключевое отличие состоит в том, что генераторы исходного кода не позволяют вам писать пользовательский код _rewrite_. Мы рассматриваем это ограничение как существенное преимущество, поскольку оно сохраняет предсказуемость пользовательского кода в отношении того, что он на самом деле делает во время выполнения. Мы понимаем, что переписывание пользовательского кода — очень мощная функция, но вряд ли мы позволим генераторам исходного кода делать это.

Как генераторы исходного кода сравниваются с поставщиками типов в F #?

Если вы программист на F # (или знаком с языком), то, возможно, слышали о поставщиках типов.Генераторы исходного кода были частично вдохновлены поставщиками типов, но есть несколько отличий, которые отличают их. Основное отличие состоит в том, что поставщики типов являются частью собственно языка F # и генерируют типы, свойства и методы в памяти на основе внешнего источника. Генераторы исходного кода — это функция компилятора, которая анализирует исходный код C #, необязательно с другими файлами, генерирует исходный код C # для включения обратно в компиляцию.

Следует ли мне удалить весь свой код отражения?

Нет! Отражение — невероятно полезный инструмент.Отражение действительно представляет некоторые проблемы производительности и «связности», которые можно решить с помощью генераторов источников в некоторых сценариях. Мы рекомендуем внимательно оценить, подходят ли генераторы исходного кода вашему сценарию.

Чем генераторы источников отличаются от анализаторов?

Генераторы исходного кода

похожи на анализаторы, поскольку оба являются функциями компилятора, которые позволяют подключаться к компиляции. Ключевое отличие состоит в том, что анализаторы в конечном итоге выдают диагностические данные, которые можно использовать для связи с исправлением кода.Генераторы исходного кода в конечном итоге генерируют исходный код C #, который добавляется к компиляции. Есть несколько других отличий, обсуждаемых в проектной документации.

Могу ли я изменить / переписать существующий код с помощью генератора исходного кода?

Нет. Как упоминалось ранее, генераторы исходного кода не позволяют переписывать исходный код пользователя. Мы не собираемся позволять им этого. Они могут только дополнить компиляцию, добавив к ней исходные файлы C #.

Когда предварительная версия генераторов источников не будет доступна?

Мы планируем поставлять генераторы исходного кода с C # 9.Однако на случай, если они не будут готовы вовремя, мы будем держать их в режиме предварительного просмотра и следить за тем, чтобы пользователи дали согласие на их использование.

Могу ли я изменить TFM в генераторе источников?

Технически да. Генераторы исходного кода — это компоненты .NET Standard 2.0, и, как и в любом проекте, вы можете изменить TFM. Однако сегодня они поддерживают только загрузку в потребительские проекты как компоненты .NET Standard 2.0.

Будут ли генераторы исходного кода добавлены в Visual Basic или F #?

Генераторы исходного кода

в настоящее время доступны только для C #.Поскольку это первая предварительная версия, есть много вещей, которые могут измениться между текущей версией и выпущенной версией. В настоящее время мы не собираемся добавлять генераторы исходного кода в Visual Basic. Если вы разработчик F # и хотите, чтобы эта функция была добавлена, выполните поиск по предложениям или отправьте новый в репозиторий предложений языка F #.

Представляют ли генераторы исходного кода проблемы совместимости библиотек?

Это зависит от того, как создаются библиотеки. Поскольку VB и F # в настоящее время не поддерживают генераторы исходного кода, авторам библиотек следует избегать проектирования своих функций таким образом, чтобы им требовался генератор исходного кода.В идеале у функций есть резервные копии для отражения во время выполнения и / или генерации отражения. Это то, что авторам библиотек необходимо тщательно рассмотреть, прежде чем применять генераторы исходного кода. Мы ожидаем, что большинство авторов библиотек будут использовать генераторы исходного кода для расширения, а не для замены текущих возможностей разработчиков C #.

Почему я не получаю IntelliSense для сгенерированного кода? Почему Visual Studio сообщает об ошибке даже при сборке?

Вам нужно будет перезапустить Visual Studio после сборки исходного генератора, чтобы ошибки исчезли и появился IntelliSense для сгенерированного исходного кода.После того, как вы это сделаете, все заработает. В настоящее время интеграция Visual Studio находится на очень ранней стадии. Это текущее поведение изменится в будущем, и вам не придется перезапускать Visual Studio.

Могу ли я выполнить отладку или перейти к сгенерированному источнику в Visual Studio?

В конце концов, мы будем поддерживать навигацию и отладку сгенерированного исходного кода в Visual Studio. На этой ранней стадии предварительного просмотра он еще не поддерживается.

Как мне отправить собственный генератор источника?

Генераторы исходного кода

могут поставляться в виде пакетов NuGet, как и сегодня анализаторы.Фактически, они используют ту же «сантехнику», что и Анализаторы. Если вы когда-либо отправляли анализатор, вы можете легко отправить источник-генератор.

Будут ли генераторы исходного кода, разработанные Microsoft?

В конце концов, да. Но это все еще первая предварительная версия технологии, и, возможно, многое придется изменить, чтобы приспособиться к различным сценариям. В настоящее время нет графика, когда будут доступны генераторы исходного кода, разработанные Microsoft.

Почему мне нужно использовать предварительный просмотр LangVersion для использования генератора исходного кода?

Хотя генераторы исходного кода технически не являются функцией языка C #, они находятся в предварительной версии.Вместо того, чтобы вводить новую настройку только для генераторов исходного кода, мы решили, что будет проще просто использовать существующий переключатель, который включает предварительные языковые функции для компилятора C #.

Ура и счастливое поколение исходников!

Патент США на автогенератор пучков заряженных частиц Патент (Патент № 4583025 от 15 апреля 1986 г.)

Уровень техники

Это изобретение относится к способу и устройству для генерации множества импульсных пучков заряженных частиц, включая электроны и другие заряженные частицы более тяжелой массы, а более конкретно к такому способу и устройству, применимым к интенсивным релятивистским электронным пучкам высокой энергии.

В области ускорения заряженных частиц и т.п. известно использование устройства, включающего электромагнитные поля для ускорения таких частиц. Аналогичным образом известно использование устройства, имеющего резонансные полости, расположенные вдоль продольной траектории таких заряженных частиц, для изменения распределения энергии частиц и, таким образом, для изменения характеристик получаемого пучка.

Например, использование заряженных линий передачи применительно к сильноточным электронным ускорителям описано в Eccleshall et al., 49 Journal of Applied Physics, 7, июль 1978 г., стр. 3649-3655, а также в M. Friedman, 31 Physical Review Letters, 18, 29 октября 1973 г., стр. 1107-1110.

В последнем случае диод без фольги используется в структуре, включающей электромагнитную катушку, окружающую дрейфовую камеру и образующую с ней автоускоритель, производящий интенсивные релятивистские электронные пучки. Кольцевой электронный пучок с током приблизительно 10 килоампер и напряжением приблизительно 500 киловольт создается в течение приблизительно 50 наносекунд.Магнитное поле, создаваемое электромагнитной катушкой, используется для ограничения распространения создаваемого электронного луча. В статье Eccleshall проиллюстрировано использование резонансных полостей, контактирующих с траекторией электронного луча, для изменения характеристик тока луча.

Еще одна иллюстрация известного уровня техники представлена ​​в Friedman U.S. Pat. №№ 4038602 и 4215291, и в патенте США Miller. № 4 070 595, относящийся к конструкциям для ускорения частиц.

Однако ни одна из ссылок на предшествующий уровень техники не касается создания отдельного импульса электронного пучка в ответ на импульс первичного или падающего пучка.В описаниях предшествующего уровня техники генерируемый извне импульс пучка электронного тока модифицируется в отношении распределения энергии и т.п., используя, например, такую ​​структуру, как резонансные полости. Однако различные характеристики падающего пучка должны оставаться фиксированными, и не предусматривается генерация и формирование второго, различающегося по времени, интенсивного релятивистского электронного пучка. Таким образом, такое изготовление в известном уровне техники может быть достигнуто только путем многократного использования структуры, генерирующей луч, или путем сложного выравнивания множества таких структур, каждая из которых дает отдельный луч.Таким образом, трудно получить последовательность высокоэнергетических сильноточных импульсов заряженных частиц для использования, например, в радиографической визуализации быстро изменяющихся объектов.

Таким образом, в уровне техники существует потребность в создании упрощенной конструкции для генерации последовательных интенсивных пучков заряженных частиц, каждый из которых проходит по существу один и тот же путь и отделен друг от друга во времени.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, основная цель настоящего изобретения — предоставить способ и устройство для генерации последовательности отдельных импульсных пучков заряженных частиц.

Более конкретной задачей изобретения является создание по меньшей мере одного вторичного пучка заряженных частиц в ответ на падение первичного пучка заряженных частиц.

Еще одной задачей изобретения является обеспечение преобразования падающего импульса интенсивного релятивистского электронного пучка (IREB) в один или несколько вторичных импульсов IREB, имеющих выбираемое соотношение напряжения с первичным пучком и выбираемое временное соотношение между ними.

Другой целью настоящего изобретения является создание устройства для генерации пучка заряженных частиц, отдельного от первичного пучка таких заряженных частиц, но реагирующего на него, причем вторичный пучок возникает впоследствии и имеет характеристики напряжения, отличные от него. первичный луч.

Еще одной целью изобретения является преобразование одиночного импульса IREB во множество импульсов IREB, имеющих выбранные характеристики напряжения и тока.

Дополнительные цели, преимущества и другие новые особенности изобретения будут изложены частично в нижеследующем описании и частично станут очевидными для специалистов в данной области техники после изучения нижеследующего или могут быть изучены при практическом применении изобретения. . Цели и преимущества могут быть реализованы и достигнуты с помощью средств и комбинаций, конкретно указанных в прилагаемой формуле изобретения.

Для достижения вышеупомянутых и других целей и в соответствии с целями настоящего изобретения, как описано в данном документе, предусмотрен автогенератор луча тока для преобразования импульса IREB во множество таких импульсов. Автогенератор по изобретению включает в себя первое средство доставки луча для подачи первичного или падающего луча тока на автогенератор. Второе средство доставки пучка предусмотрено для приема первичного импульса пучка тока, а также для приема вторичного или автогенерированного импульса пучка тока от автогенератора.Между первым и вторым средствами доставки луча предусмотрена структура с зазором для генерации электромагнитной волны. Наконец, к зазору подключено средство накопления энергии волны для накопления энергии, связанной с электромагнитной волной, генерируемой в ответ на прохождение первичного импульса IREB через структуру зазора. Возвратная или отраженная энергия электромагнитной волны, накопленная в средстве накопления волн, при прохождении через структуру зазора генерирует вторичный импульс IREB после завершения первого импульса IREB.Чтобы обеспечить эту взаимосвязь, средство накопления волн спроектировано так, чтобы обеспечивать накопление энергии, связанной с электромагнитной волной, в течение времени, равного или превышающего длительность первичного импульса IREB.

Средство накопления волн может содержать линию передачи или полость такого типа, которая имеет открытый конец в зазоре и закороченный отражающий конец, смещенный от него на расстояние, выбранное для обеспечения продолжительности распространения и отражения через средство передачи или полость, время которого по крайней мере равно или больше длительности импульса первичного импульса IREB.Полость может быть ориентирована перпендикулярно продольному направлению, определяемому средством доставки луча, хотя другие ориентации находятся в пределах объема изобретения. Кроме того, полость может иметь цилиндрическую форму, может иметь форму пончика, может быть кольцевой или может иметь другие формы.

Предпочтительно второе средство доставки пучка имеет больший поперечный размер, чем первое средство доставки пучка, чтобы иметь возможность принимать все электроны, выводимые первым средством доставки пучка.Другой поперечный размер относится к площади поперечного сечения двух средств доставки луча и может, в частности, относиться к увеличенному диаметру входа трубчатого второго средства доставки луча по сравнению с диаметром выхода трубчатого первого средства доставки луча. средства.

В соответствии с другим аспектом изобретения предоставляется способ автоматической генерации импульса тока луча в ответ на импульс первичного луча, включающий этапы подачи импульса первичного луча в зазор и генерации электромагнитной волны в зазоре в ответ на импульс тока луча и после этого обеспечение средства хранения для генерируемой электромагнитной волны.Энергия, связанная с электромагнитной волной, сохраняется в течение периода времени, по крайней мере равного или превышающего длительность импульса тока пучка. После этого сохраненная электромагнитная волна подается в зазор для генерации вторичного IREB.

Способ согласно изобретению может включать в себя этапы обеспечения линии передачи или полости для хранения энергии электромагнитной волны, вместе с отражением электромагнитной волны, генерируемой в зазоре в линии передачи или полости, для возврата к зазору за один раз при как минимум равный или превышающий длительность первого упомянутого импульса IREB.

Чтобы подать импульс IREB в зазор, ток пучка предпочтительно передается в зазор через первую дрейфовую трубку, имеющую первый поперечный размер, а после прохождения через зазор первичный импульс IREB передается через вторую дрейфовую трубку, имеющую второй поперечный размер больше, чем первый размер первой дрейфовой трубки, чтобы направлять первичные и любые впоследствии генерируемые вторичные импульсы тока пучка во вторую дрейфовую трубку.

Еще другие цели и особенности настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из следующего описания, в котором показан и описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, просто в качестве иллюстрации одного из лучших режимов, подходящих для осуществить изобретение.Как будет понятно, изобретение допускает еще другие, различные варианты осуществления, и некоторые его детали допускают модификации в различных очевидных аспектах, все без отклонения от изобретения. Соответственно, чертежи и описания будут рассматриваться как иллюстративные по своей природе, а не как ограничительные.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, включенные в описание и составляющие его часть, иллюстрируют несколько аспектов настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения.На чертежах:

РИС. 1 показывает структуру автогенератора, воплощающую идею изобретения;

РИС. 2 представлена ​​аналогичная структура, полезная для понимания работы автогенератора, показанного на фиг. 1;

РИС. 3A-3G показывают распространение волны через структуру, показанную на фиг. 2 для объяснения действия изобретения;

РИС. 4 представляет интерес для предоставления еще одной аналогичной схемы для понимания работы изобретения;

РИС. 5 показывает вычисленный ток промежутка для конструкции согласно изобретению, показанной на фиг.1, иллюстрирующий автогенерацию электронного луча; и

РИС. 6A и 6B показывают результаты эксперимента, подтверждающего вычисление по фиг. 5.

Теперь будет сделана подробная ссылка на настоящий предпочтительный вариант осуществления изобретения, пример которого проиллюстрирован на прилагаемом чертеже.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теперь обратимся к фиг. 1 показано устройство, работающее в соответствии с принципами изобретения для генерации множества интенсивных импульсов тока пучка в ответ на один импульс тока входного пучка, и предпочтительно для работы с релятивистскими импульсами тока пучка.

Структура согласно изобретению, обычно обозначенная позицией 10, включает в себя вход 12 для импульса тока релятивистского пучка, генерируемого структурой 13 генерации пучка, включающей диод без фольги. Конструкция включает катод 14 и анод, образованный отверстием для первичной дрейфовой трубки 16 на входе 12.

Вторичная дрейфовая трубка 18 отделена от первичной дрейфовой трубки 16 зазором 20. Предпочтительно, в соответствии с изобретением, внутренний диаметр вторичной дрейфовой трубки 18 больше внутреннего диаметра первичной дрейфовой трубки 16, особенно вблизи разрыва 20.Как первичные, так и вторичные дрейфовые трубки 16 и 18 показаны как имеющие постоянный диаметр по всей своей длине, но следует понимать, что дрейфовые трубки, имеющие различные площади поперечного сечения, могут использоваться по мере необходимости, и что разница в площадях поперечного сечения составляет предусмотрены, по меньшей мере, вблизи зазора и могут быть аналогичным образом предусмотрены по всей длине трубок.

Дрейфовые трубки 16 и 18 окружены обмотками 22 и 24 соответственно для создания в них магнитного поля, чтобы направлять и направлять поток электрически заряженных частиц или лучей через них.

С зазором 20 между первичной и вторичной дрейфовыми трубками связана автогенерирующаяся структура 26 резонатора. Размеры резонатора выбираются в сочетании с размерами зазора 20, как описано в дальнейшем, для обеспечения желаемой работы. . То есть, в ответ на инжекцию интенсивного релятивистского электронного пучка диодом без фольги на входе 12, зазор 20 и структура 26 автогенерированного резонатора взаимодействуют для генерации вторичного интенсивного релятивистского электронного пучка в дрейфовых трубках.

Как показано на фиг. 1, структура 26 с самогенерирующейся полостью включает цилиндрическую часть 28 полости, окружающую зазорную структуру, и кольцевую полость 30 в форме пончика. Изолятор 32 окружает зазор между двумя дрейфовыми трубками.

Как будет понятно из последующего описания работы, структура полости не обязательно ограничивается использованием части 30 в форме пончика. Кроме того, конструкция не ограничивается наличием перпендикулярно проходящей полости, как показано полостью в форме пончика. часть 30, которая расположена поперек продольного пути потока, определяемого электронным лучом, проходящим через дрейфовые трубки.Вместо этого полость любой формы может быть связана с зазором 20, включая, помимо прочего, удлиненную цилиндрическую радиальную полость, например, и часть полости может выступать под любым углом по отношению к продольному направлению. Таким образом, полые структуры формы, показанной в патенте США № Фридмана № В настоящую конструкцию могут быть включены номера 4038602 и 4215291, включенные в настоящий документ посредством ссылки, в которых множество цилиндрических полостей связано с множеством зазоров в дрейфовой камере.Чтобы понять работу настоящего изобретения, сделана ссылка на фиг. 2 и 3A-3G, иллюстрирующие аналогичное упрощенное представление структуры изобретения, показанной на фиг. 1.

На фиг. 2 резюмирует механизм индукции электромагнитной волны в упрощенной конструкции полосковой линии 34 передачи. Полосовая линия имеет открытый конец 36 и закороченное окончание 38. Импульс электронного луча, обозначенный цифрой 40, проходит в вблизи открытого конца 36 линии 34 передачи.Напряжение V, индуцированное в зазоре на открытом конце 36 линии передачи, определяется как произведение характеристического импеданса Z 0 линии передачи и тока луча импульса I, как показано ниже. ## EQU1 ##

Таким образом, внутри линии передачи генерируется электромагнитная волна, распространяющаяся как ток, движущийся вдоль стенки линии передачи. Электромагнитная волна, достигнув закороченного конца 38 линии передачи, отражается обратно к ее открытому концу 36.Чтобы понять механизм, с помощью которого вторичный интенсивный релятивистский электронный пучок генерируется конструкцией согласно настоящему изобретению, сделана ссылка на фиг. 3A-3G, где T представляет собой время, необходимое для того, чтобы электромагнитная волна, распространяющаяся по линии передачи, прошла всю ее длину L.

На ФИГ. 3A показано распространение наведенной электромагнитной волны через полосовую линию в течение интервала 0-T, где E представляет электрическое поле электромагнитной волны на открытом конце линии передачи, индуцированное импульсом луча тока на нем.ИНЖИР. 3B показано положение волны в момент времени t = T, когда электромагнитная волна полностью прошла всю длину линии передачи. После этого электромагнитная волна отражается закороченным выводом 38 линии передачи с обратным направлением поля, как показано на фиг. 3С. На фиг. 3C показаны две волны, которые сосуществуют в линии передачи, но для ясности показаны отдельно. ИНЖИР. 3C представляет волновое состояние линии передачи в течение интервала времени от T до 2T, в котором отраженная волна распространяется в своем возвращении к открытому концу линии передачи.

В момент времени T = 2T отраженная волна достигает открытого конца линии передачи, как показано на фиг. 3D. В течение периода времени между 2T и 3T волновое состояние в линии передачи включает в себя перекрытие трех волн, как показано на фиг. 3E. Правая первичная волна, индуцированная импульсом луча, показана позицией 42, в то время как левая волна, отраженная закороченным окончанием линии передачи, показана позицией 44. После времени t = 2T волна снова отражается на открытом На конце 36 линии передачи дважды отраженная прямая волна показана позицией 46.Как известно, волна, отраженная от закороченного конца, меняет полярность, тогда как волна, отраженная от открытого конца, сохраняет ориентацию поля и полярность в том же направлении.

Таким образом, видно, что в линии передачи индуцируется поле в виде распространения волнового фронта. Индуцированная волна непрерывно создается на открытом конце линии передачи до тех пор, пока импульс тока луча присутствует на открытом конце. В момент времени t = 2T, показанный на фиг.3D имеется нулевое комбинированное поле в открытом концевом зазоре линии передачи, но полость или линия передачи заполнены электромагнитной энергией, полученной от импульса тока пучка. После этого в ситуации, показанной на фиг. 3E, хотя в зазоре нет первичного луча, энергия, запасенная внутри полости, приводит к разности потенциалов на открытом конце, имеющей полярность для ускорения электронов в том же направлении, что и первоначально в импульсе первичного луча. Таким образом, резонатор действует как ускоряющий источник, похожий на диод без фольги, имеющий чистое поле на зазоре, равное удвоенному исходному полю.

При прекращении импульса пучка, генерируемого диодом без фольги в момент времени t = 2T, ситуация, показанная на фиг. 3E сохраняется до t = 3T, после чего прямая волна исчезнет и появится трижды отраженная волна. Пока t = 4T, индуцированное напряжение на открытом конце линии передачи остается таким, как показано на фиг. 3E. Таким образом, в течение периода времени, равного 2T, время, необходимое для окончания прямой волны, индуцированной импульсом тока луча, чтобы дважды пересечь длину линии передачи (т.е.е., от разомкнутого к закороченным концам и обратно), на открытом конце линии передачи будет генерироваться электрическое поле двойной силы, обратное направление, которое имеет полярность и величину, способную генерировать электронный луч.

Идеализированная форма формы импульса для тока первичного пучка, необходимого для реализации изобретения, показана на фиг. 3F, на котором показано, что импульс тока имеет величину -I 0 и длительность 2T. Следует понимать, что импульс может, но не обязательно, иметь длительность, точно равную 2T.Если импульс имеет длительность T + t i, то условие на фиг. 3E будет сохраняться в течение времени t i. То есть предполагается, что импульс имеет длительность, достаточно большую для обеспечения наличия на открытом конце линии передачи двойного индуцированного напряжения и в противоположном направлении. В то же время длительность импульса не должна превышать 2T, чтобы гарантировать, что существует временное разделение между концом прямого, первичного импульса и началом вторичного, автогенерированного импульса.Для длительности импульса 2T напряжение, индуцированное на открытом конце или зазоре линии передачи, показано на фиг. 3G, и проиллюстрировано как равное Z 0 I 0 для периода времени 0-2T и равное -2Z 0 I 0 для периода времени от 2T до 4T. .

Путем изменения физических характеристик открытого конца или зазора характеристический импеданс зазора может отличаться от характеристического импеданса резонатора Z 0, таким образом создавая другое ускоряющее напряжение на его открытом конце, и позволяя генерировать вторичный импульс тока пучка, имеющий любые заданные характеристики напряжения или тока.

Как будет понятно из предшествующего анализа, индуцированное напряжение промежутка будет колебаться, и будут обеспечиваться дальнейшие реверсии и изменения его величины. Однако начальное изменение направления потенциала, приводящее к отрицательному напряжению промежутка между временами 2T и 4T, используется для генерации вторичного импульса тока пучка в том же направлении, что и первичный импульс, и с временным разделением, которое зависит от времени. окончания первичного импульса.

Если импульс тока первичного пучка на самом деле имеет длительность 2Т, видно, что практически невозможно ожидать временного разделения импульсов первичного и вторичного пучков.Однако для импульсов пучка, которые короче 2T на величину To, видно, что вторичный импульс, который будет генерироваться в момент времени 2T, будет отделен во времени от первичного импульса интервалом T .sub.o. Более того, сам вторичный импульс, который имеет длительность, по существу идентичную длительности первичного импульса, будет короче 2T на величину To.

Из вышеизложенного следует понимать, что заявляемая конструкция работает в двух режимах. Во время первого режима, показанного временем от 0 до 2T на фиг.3A-3D, зазор, видимый электронным лучом, замедляет луч. Во время этой фазы работы, когда индуцированное напряжение появляется в зазоре и стремится замедлить пучок, энергия передается импульсом тока пучка и запускается в резонатор. Таким образом, дополнительной электронной эмиссии не происходит.

Однако во время фазы ускорения или автогенерации, которая проиллюстрирована временами после 2T, резонатор и зазор функционируют как диод без фольги для генерации импульса тока вторичного пучка.Обращаясь, таким образом, к фиг. 4 показана принципиальная схема, представляющая работу конструкции согласно изобретению. В частности, напряжение V, возникающее в зазоре, как показано на фиг. 2 обозначен на фиг. 4. Зазор представлен переменным импедансом Z g и источником 50 тока. Полость 26 представлена ​​блоком 52, обозначенным как линия передачи, имеющая характеристический импеданс Z 0 и закороченный вывод. 38. В момент времени t = 2T, как только начинается автогенерируемый импульс, полное сопротивление зазорового диода без фольги, обозначенное позицией Z.sub.D становится нагрузкой, и напряжение на промежутке уменьшается и определяется как V AUTOG = 2I0 (ZD Z0 / [ZD + Z. подраздел.0]).

Для ситуации, когда эффективное сопротивление диода Z D намного больше, чем значение Z 0, видно, что автоматически сгенерированное напряжение в соответствии с предыдущим уравнением становится равным произведению V AUTOG = 2I 0 Z 0, как показано на фиг. 3G. Величина генерируемого при этом тока становится равной автогенерирующему напряжению, деленному на импеданс диода Z.sub.D, которая уменьшается от величины импульса тока пучка. Тем не менее, кинетическая энергия автогенерированного луча, в принципе, может регулироваться по желанию в диапазоне 0-2E 0, где E 0 — кинетическая энергия первичного луча. Однако ток I и кинетическая энергия E автогенерированного импульса пучка, конечно, должны подчиняться соотношению I o x E o = I x E.

Если в структуре ускорителя радиальной линии (radlac) используется множество полостей, как показано в Miller et al., Многоступенчатое линейное ускорение электронов с использованием линий передачи импульсов, J. Appl. Phys. Vol. 52, No. 3, March 1981, pp. 1184-1186, может быть сгенерировано множество вторичных лучей. Каждая из связанных резонаторов или радиальных импульсных линий генерирует отдельный вторичный луч. Если i-й резонатор генерирует i-й пучок, имеющий кинетическую энергию E I и ток I I, автоматически генерируемые импульсы электронного пучка подчиняются соотношению ## EQU2 ##, представляющему сохранение энергии, предоставленной в первичном пучке.

Таким образом, использование структуры, включающей несколько самогенерирующихся полостей, каждая из которых может обеспечивать различное время прохождения электромагнитных волн в ней, приводит к серии интенсивных импульсов электронного пучка, имеющих определенные временные распределения и интенсивности. Интенсивность каждого из автогенерированных лучей может быть порядка величины первичного луча. Фактически, изобретение, таким образом, обеспечивает преобразование импульса входного луча, имеющего надлежащую длительность, в один или несколько выходных лучей, имеющих выбираемые значения тока или кинетической энергии и соответствующее принципу сохранения энергии, проиллюстрированному ранее описанным суммированием.

В качестве альтернативы, изобретение можно рассматривать как создание резонатора, линии передачи или другого устройства хранения электромагнитных волн для хранения в них энергии, связанной с импульсом тока луча. Полость или что-то подобное выбирается так, чтобы иметь время хранения, определяемое временем, необходимым для прохождения ее размеров, которое, по крайней мере, равно или больше длительности импульса тока пучка, тем самым обеспечивая генерацию вторичного импульса и возможного интервала между первичным и вторичным импульсами.

Из предшествующего описания также видно, что конкретная форма полости, используемая для хранения электромагнитной энергии, связанной с импульсом пучка тока, может быть изменена без изменения работы конструкции согласно изобретению, и что конкретная ориентация полости или другого накопителя устройство относительно направления движения луча не является решающим фактором для работоспособности изобретения. Таким образом, иллюстративная упрощенная структура, показанная на фиг. 2, может вращаться вокруг оси 48 импульса электронного луча, создавая цилиндрическую, а не кольцевидную полость для выполнения автогенерации согласно изобретению.Кроме того, наклон волновой накопительной структуры на фиг. 2 под углом, отличным от 90 °. в продольном направлении относительно оси 48 приводит к еще дополнительным конфигурациям, применимым для реализации концепции изобретения.

Хотя анализ, связанный с фиг. 2 и 3 основан на идеальной форме волны, где предполагается, что квадратный импульс первичного луча индуцирует прямоугольное замедляющее напряжение в зазоре и, после этого, для генерации прямоугольного импульса вторичного луча, практические методы генерации импульсов тока приводят к импульсам тока, имеющим треугольную форму. формы.Для такого треугольного первичного луча было выполнено численное моделирование процесса и структуры согласно изобретению с использованием кода решателя схем, известного как «SCEPTER», и результаты показаны на фиг. 5.

Ссылаясь на чертеж, предполагается, что треугольный первичный луч 54, представляющий импульс 30 кА, 20 нс, является входом в структуру согласно изобретению. Вычисленный ток после автогенерирующего промежутка для предполагаемого полного сопротивления линии 20 Ом и полного сопротивления промежутка 50 Ом, как видно, имеет колебательную составляющую, в том числе начальный вторичный импульс 56, имеющий величину приблизительно 15 кА и длительность до некоторой степени. короче, чем у первичного луча.Видно, что импульс вторичного луча генерируется в том же направлении, что и первичный импульс. Однако может быть обеспечено продолжающееся колебание, как показано на рисунке с помощью импульсов 57, 58, 59 и т. Д. С последовательно уменьшающейся амплитудой. Понятно, что импульсы 57 и 59, а также любой дополнительный импульс, имеющий положительную полярность на чертеже, представляют собой импульсы электронного луча, распространяющиеся справа налево в структуре изобретения. Такие импульсы пучка, которые генерируются большей окружностью входа во вторичную дрейфовую трубу 18, будут лежать за пределами меньшей окружности выхода первичной дрейфовой трубы 16 и, таким образом, не будут проходить через него.Наконец, оставшийся импульс луча, показанный позицией 58, соответствующей полярности для прохождения от первичной к вторичным трубкам дрейфа, представляет собой автогенерированный импульс тока второго или более высокого порядка. Однако их амплитуды настолько уменьшены, что эти импульсы не имеют большого значения. Кроме того, моделирование произвело колебания тока выше, чем второй автоматически сгенерированный импульс на фиг. 5. Эти колебания тока не проявляются на практике, поскольку остающееся электрическое поле E через зазор обычно ниже порога 150 кВ / см, необходимого для создания тока в диоде 20 без фольги.

Вычислительное предсказание по фиг. 5 подтверждается экспериментальными результатами с использованием структуры, показанной на фиг. 1. В частности, диодный инжектор без фольги, показанный на фиг. 1 использовался для создания электронного пучка 3 МэВ, 20 нс, 50 ​​кА в ведущем магнитном поле 12 кГс. Импульс пучка проходил через зазор 20, расположенный на оси радиальной линейной полости, и попадал на контрольную мишень 60. Мишень 60 была помещена в конструкцию только для экспериментальной проверки и не обязательно является частью изобретения при использовании. для генерации желаемых интенсивных электронных лучей.В экспериментальной конструкции использовалась вторичная дрейфовая трубка, имеющая внутренний диаметр 5 см по сравнению с диаметром первичной дрейфовой трубки 4,2 см. Разница в диаметрах трубки создает геометрию диода без фольги, в которой конец трубки, расположенной выше по потоку, действует как хвостовик катода. Экспериментальная структура предусматривает распространение наведенной электромагнитной волны внутри линии передачи, отражение на ее закороченном крае и возврат в промежуток через 16 нс. В это время первичный пучок очистит зазор, и напряжение, приложенное к зазору отраженной волной, создаст второй тонкий кольцевой электронный пучок, имеющий радиус, по существу равный радиусу лучевой трубки, расположенной выше по потоку.Из-за разной огибающей радиуса первичного и автогенерированного лучей их отпечатки на наблюдаемой цели, как они фактически наблюдались, были легко различимы.

Характерные результаты двух экспериментов, проведенных с конструкцией, показаны на фиг. 6А и 6Б. На каждой из фигур кривая «а» представляет пучок инжектора или импульс первичного тока, измеренный устройством контроля тока Роговского, расположенным непосредственно после инжектора 13 по фиг. 1 и показано 62.Монитор резистивного напряжения измерял напряжение, индуцированное на автогенерирующем промежутке, результирующее напряжение показано на кривой «b» на фиг. 6А и 6Б. Наконец, второй монитор тока Роговского, расположенный в позиции 64 на фиг. 1, использовался для измерения тока пучка в зазоре (кривая «с»).

Как видно из экспериментальных результатов, импульс тока в первичной обмотке не является прямоугольным, а фактически более тесно связан с треугольным импульсом, используемым на фиг. 5, чтобы предоставить результаты вычислений для конструкции согласно изобретению.Таким образом, задний конец первичного импульса накладывается по времени с началом автоматически сгенерированного импульса, который показывает пик примерно через 15 нс после пика первичного импульса. Кроме того, в соответствии с предсказанным значением, пик автогенерированного импульса составлял приблизительно 60% -70% от пиковой амплитуды первичного импульса.

Эти результаты более полно описаны в Mazarakis et al., Intense Electron Beam Autogenerator, IEEE Trans.по ядерной науке, Vol. NS-30, № 4, август 1983 г., стр. 3171-3173, включенный в настоящий документ посредством ссылки.

Наблюдение за мишенью-свидетелем 60, используемой в конструкции согласно настоящему изобретению, подтверждает наличие двух отпечатков, обусловленных первичным и вторичным или автогенерированными импульсами луча. Наблюдался отпечаток малого радиуса из-за первичного пучка, генерируемого катодом инжектора, имеющим стержень диаметром примерно 2,5 см. Наблюдался также отпечаток большего радиуса, представляющий автогенерированный пучок большего диаметра.

Таким образом, были раскрыты способ и устройство для обеспечения множества импульсов тока релятивистского электронного пучка в ответ на один введенный импульс тока. Импульсы пучка могут подаваться на дополнительную ускоряющую структуру или могут использоваться для облучения мишени для получения рентгеновских изображений, которые могут использоваться в радиографии для фотографирования быстро меняющихся явлений. Для реализации изобретения могут использоваться различные структуры, и на пучки заряженных частиц, отличных от электронов, можно аналогичным образом влиять на соответствующее изменение ускоряющих напряжений, напряженности магнитного поля, размеров устройства и т. Д.

Обмотки катушки, показанные позициями 22 и 24, должны обеспечивать достаточную напряженность магнитного поля, например, чтобы гарантировать, что луч не будет колебаться в радиальном направлении. Кроме того, размеры зазора следует выбирать таким образом, чтобы виртуальный катод в нем не появлялся. Конкретные вычисления в этом отношении могут быть сформулированы в соответствии с учением Введение в физику пучков сильно заряженных частиц, Р. Б. Миллер, Пленум, 1982.

Приведенное выше описание предпочтительного варианта осуществления изобретения было представлено в целях иллюстрации и описания.Оно не предназначено для исчерпания или ограничения изобретения точной раскрытой формой. В свете изложенного выше возможны очевидные модификации или вариации. Предпочтительный вариант осуществления был выбран и описан, чтобы обеспечить лучшую иллюстрацию принципов изобретения и его практического применения, тем самым давая возможность среднему специалисту в данной области техники использовать изобретение в различных вариантах осуществления и с различными модификациями, которые подходят для конкретного случая. предполагается использование. Предполагается, что объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.

Ответственное использование генераторов цитирования // Purdue Writing Lab

На этой странице описывается, как работают приложения-генераторы цитирования, чтобы показать, что происходит, когда писатель их использует. Затем он предлагает несколько «лучших практик» по использованию генераторов цитирования. См. Также нашу аналогичную статью о приложениях для проверки бумаги.

Введение

Генератор цитирования — относительно недавнее дополнение к инструментарию писателя, но оно уже сильно изменило практику письма.Прошли те времена, когда кропотливое ручное документирование каждого отдельного источника. Генераторы цитирования позволяют авторам создавать цитаты быстрее, чем когда-то занимала эта работа. Некоторые даже позволяют авторам создавать целые библиографии на лету, которые можно импортировать в проекты несколькими щелчками мыши.

Генераторы цитирования, безусловно, являются мощным инструментом. Однако, поскольку генераторы цитирования могут так радикально изменить письменную задачу, для писателей важно узнать о них самих.При разумном использовании генераторы цитирования устраняют большую часть скуки из письменной задачи, так что писатели могут сосредоточиться на том, что имеет наибольшее значение — на своих идеях. Однако их неразумное использование может привести к систематическим ошибкам, о которых писатель даже не подозревает.

Таким образом, писатели должны помнить, что генераторы цитирования не могут (и не должны) думать за них. Остальная часть этого руководства содержит информацию, которая поможет вам помнить об этом простом принципе во время работы.

Как работают генераторы цитирования?

Генераторы цитирования — это программы, которые превращают информацию об источнике в цитату, которую автор может использовать в проекте.Хотя существует множество различных генераторов цитирования, большинство из них следуют этому общему процессу:

1. Генератор получает информацию об источнике. Обычно это исходит от пользователя: он вводит автора источника, название, дату публикации и т. Д.

2. Генератор обрабатывает эту информацию в соответствии с настройками, заданными пользователем (например, стиль цитирования и среда). Обычно это означает размещение фрагментов информации, полученных на шаге 1, в правильном порядке и применение правильного форматирования.

3. Генератор создает цитату (или набор цитат), которую пользователь может использовать. Обычно это принимает форму текста, который пользователь может скопировать и вставить в проект.

Схема ниже иллюстрирует этот шаблон.

Генераторы цитирования могут быть очень сложными. Некоторые предлагают дополнительные функции, не описанные выше. Например, некоторые генераторы могут автоматически находить источники в онлайн-базах данных и заполнять полные цитаты лишь небольшим количеством начальной информации — например, названием источника.Другие генераторы цитирования могут автоматически исправлять орфографические или заглавные ошибки, которые делает пользователь при вводе информации об источнике.

Однако важно понимать, что генераторы цитирования полагаются на ввод пользователя и следуют установленным шаблонам. Генераторы цитирования не могут выносить собственных суждений. Они не «понимают» задачу цитирования так, как это делают люди. Они могут только следовать инструкциям, данным им их пользователями и их программистами.

Таким образом, писатели, которые используют генераторы цитирования, как если бы они были авторитетными источниками (а не мощными инструментами), могут столкнуться с проблемами.Они могут давать генераторам цитирования неточную информацию (и, таким образом, получать неправильные цитаты), исходя из неверного предположения, что генератор может «отсортировать» любые ошибки. Они могут использовать цитаты бессмысленными способами, поскольку полагают, что до тех пор, пока они получили «правильную» цитату от генератора, любое использование этой цитаты является допустимым. Они могут просто не думать о перепроверке полученных цитат и, таким образом, упускать случайные ошибки, которые могут сделать даже хорошо спроектированные генераторы цитирования.

Короче говоря, если полностью полагаться на генераторы цитирования, а не на суждения писателя, это может привести к ошибкам. Ниже приводится набор предложений, которые помогут вам разумно использовать генераторы цитирования.

Как разумно использовать генераторы цитирования?

Убедитесь, что вы вводите правильную информацию.

Ни один генератор цитат не изолирован от ошибок пользователя. Если вы дадите генератору цитирования неверную информацию, он, вероятно, даст вам неточное цитирование.Внимательно проверяйте введенную информацию при ее вводе, чтобы гарантировать точность конечного продукта.

• Принятие этого совета означает выполнение очень очевидных вещей. Вы должны, например, проверить, правильно ли вы написали имя автора (особенно если это имя, с которым вы раньше не сталкивались). Однако вы должны знать, что более тонкие вещи, такие как использование заглавных букв и пунктуация, также могут иметь значение. Например, вот цитата MLA8 на стихотворение Э. Э. Каммингса:

  • Каммингс, Э.E. «кто-нибудь жил в красивом городке». Полное собрание стихотворений: 1904-1962, под редакцией Джорджа Дж. Фирмаджа, 1-е изд., Liveright, 2016.

Обратите внимание, что в этом примере сохранено нетрадиционное заглавие стихотворения в нижнем регистре. Перед вводом этой информации необходимо убедиться, что средство проверки орфографии (или сам генератор цитирования) неправильно «зафиксировало» заглавные буквы в заголовке.

• Работайте с копией имеющегося у вас источника, а не с вторичной информацией об источнике (например, веб-страница, на которой продается источник в интернет-магазине).В последнем случае легко упустить мелкие детали, такие как номер издания и имена редакторов.

Убедитесь, что вы указали правильный носитель, версию и / или выпуск для каждого источника.

Генераторы цитирования не могут судить о том, «имеет ли смысл информация, которую они получают об источнике». Например, они не могут определить, цитируете ли вы статью в академическом журнале как статью в журнале (и, таким образом, скорее всего, упускаете важную информацию, например номер тома).Они также не могут определить, используются ли номера страниц в мягкой и твердой обложке книги, которую вы цитируете. Таким образом, чтобы избежать ненужной путаницы для ваших читателей, всегда целесообразно перепроверить, что вы указали именно тот источник, который вы используете (а не источник, который «близок, но не сигары»).

• Этот совет особенно важен, если вы используете генератор цитирования, который автоматически ищет информацию о вашем источнике в Интернете. В этом случае очень важно убедиться, что генератор получил правильную версию, версию (например,g., мягкая обложка или твёрдый переплет) и т. д. Эти незначительные различия могут повлиять на номера страниц и даты публикации в источниках, а это означает, что неправильное представление этой информации может привести к неточным цитатам.

• Не забывайте, что в отредактированных коллекциях обычно есть как минимум один редактор, который должен быть указан в цитировании помимо автора статьи, которую вы используете. Помните об этом, если цитируете небольшую работу, которая входит в большую коллекцию.

• Если вы не можете точно определить, к какому носителю следует отнести ваш источник, ознакомьтесь с общими правилами форматирования для используемого стиля цитирования.Обычно вы можете собрать полезную цитату, просто поместив столько информации, сколько у вас есть, в общий шаблон, определяемый вашим стилем. Вот ссылки на страницы OWL «Обзор и семинар» для каждого из основных стилей цитирования:

Обязательно используйте надежные и надежные источники.

Генераторы цитирования работают с источниками, которые вы им даете. Они не могут оценить, хороши ли эти источники или нет. Это означает, что можно использовать генератор цитирования для создания библиографии, которая технически безупречна, но, тем не менее, бесполезна.Чтобы этого избежать, обязательно оцените, является ли каждый используемый вами источник точным, авторитетным и непредвзятым. Ниже приведены некоторые вопросы, которые следует учитывать по каждому источнику. Не обязательно существует единственный «правильный» ответ на каждый из этих вопросов (например, некоторые эмоционально заряженные источники, тем не менее, содержат правдивую информацию, а некоторые коммерчески спонсируемые источники являются правдивыми независимо от источника их финансирования). Однако рассмотрение вопросов такого рода при выборе источников может помочь вам сделать более разумный выбор.

• Рецензируется ли ваш источник?

• Является ли ваш источник первичным (т. Е. Исходит ли он непосредственно от человека, предоставляющего информацию, или он опосредован чьим-либо мнением и комментариями)? Если это вторичный источник, кажется ли, что автор ссылается на первоисточники, когда это возможно?

• Источник исходит от организации, заинтересованной в беспристрастной авторитетной репутации?

• Имеется ли ссылка на источник четких и недвусмысленных доказательств? Хорошо ли задокументировано это свидетельство (например, в библиографии)?

• Признает ли источник различные точки зрения, даже если он приводит свои собственные аргументы?

• Использует ли источник эмоционально окрашенный язык или делает общие обобщения?

• Источник исходит от одинокого человека, особенно человека, не имеющего репутации для осторожных, объективных или хорошо аргументированных заявлений (или мотивации для сохранения этой репутации)?

• Спонсируется ли источник на коммерческой основе? Заинтересован ли спонсор в восприятии аудиторией темы источника?

Для получения дополнительной помощи обратитесь к ресурсу OWL «Оценка источников: обзор».

Перепроверьте полученную цитату по ссылке.

После того, как вы закончили ввод информации и получили цитату, не поддавайтесь желанию скопировать и вставить цитату в свой документ без предварительной проверки точности. В случае, если генератор цитирования допустил ошибку (редкая, но реальная возможность), вы будете рады, что вам потребовалось несколько дополнительных секунд, чтобы проверить ее точность.

• Обратите особое внимание на то, как генератор обрабатывает регистр и форматирование.

  • Обратите внимание, например, что существуют разные правила использования заглавных букв в стилях MLA и APA.

  • Обратите внимание, что разные стили обрабатывают нумерацию по-разному. Некоторые, например, требуют, чтобы диапазоны страниц включали все числа на начальной и конечной страницах (например, 267-268), в то время как другие позволяют опускать избыточные числа (например, 267-8).

• Если вы не смогли найти определенную информацию (например, дату публикации) для своего источника, убедитесь, что эта информация была опущена, а не отображена как общий заполнитель (например,g., «[ДАТА]»).

Вот, опять же, ссылки на страницы OWL «Обзор и семинар» для каждого из основных стилей цитирования:

Убедитесь, что вы цитируете каждый источник в тексте так, чтобы это имело смысл.

Помните, что библиографии — это не конец истории, когда дело касается цитат. Ссылки также должны использоваться в тексте, чтобы указать, когда информация заимствуется из источника. Хорошая новость заключается в том, что многие современные генераторы цитирования могут автоматически создавать цитаты в тексте после того, как вы предоставили библиографическую информацию.Плохая новость заключается в том, что правильное использование цитат в тексте гораздо более зависит от контекста, чем для библиографических записей. Это означает, что, когда вы используете цитату в тексте, созданную с помощью генератора цитат, вы должны убедиться, что используете ее логически, а не просто копируете и вставляете.

• Вот пример. Предположим, вы хотите процитировать главу автора Джейн Смит в статье, которую вы пишете, об истории пирогов. Вы вводите библиографическую информацию об источнике в генератор цитирования, указываете, что используете стиль APA, и получаете следующую ссылку в тексте:

• Теперь вы хотите использовать эту цитату в тексте, поэтому вы копируете и вставляете ее в предложение, где вы заимствуете из источника Смита:

  • Согласно Смиту, первые в мире пироги были изобретены древними египтянами (Smith, 2015, стр.122–128), а более поздние инновации были инициированы македонцами (Смит, 2015, стр. 122–128).

• Некритическое копирование и вставка, которое вы только что сделали, привели к тому, что вы сделали несколько ошибок в цитировании. Когда вы указываете имя автора в сигнальной фразе (например, «По словам Смита…»), вам обычно не следует указывать его снова в скобках. Также не следует указывать дату источника несколько раз в одном предложении. Наконец, не следует указывать неопределенные диапазоны страниц, если можно точно указать, где вы нашли информацию, которую заимствуете.Генератор цитирования не может судить о контексте предложения, в котором вы цитируете, поэтому он не может сказать вам, что нужно делать что-либо из этого. Гораздо более разумный подход выглядел бы так:

  • Согласно Смиту (2015), первые в мире пироги были изобретены древними египтянами (стр. 123), в то время как более поздние инновации были инициированы македонцами (стр. 127).

• Обратите внимание, что если вы используете несколько источников одного и того же автора, вам может потребоваться сделать специальные указания в тексте.Генератор цитирования может вам этого не сказать. Вот ссылки на ресурсы OWL, которые помогут вам цитировать несколько источников одного и того же автора:

В общем, используя генераторы цитирования, помните, что они могут сделать большую часть вашей работы за вас, , но они не могут (и не должны) думать за вас.

2.2.3. Сопоставление свойств идентификатора JBoss Enterprise Application Platform Common Criteria Certification 5

Аннотация @Id позволяет вам определить, какое свойство является идентификатором вашего entity-компонента.Это свойство может быть установлено самим приложением или сгенерировано Hibernate (предпочтительно). Вы можете определить стратегию генерации идентификатора благодаря аннотации @GeneratedValue :

• АВТО — либо столбец идентичности, последовательность или таблица, в зависимости от базовой БД

• ТАБЛИЦА — таблица, содержащая идентификатор

• ИДЕНТИЧНОСТЬ — столбец идентичности

• SEQUENCE — последовательность

В следующем примере показан генератор последовательности, использующий конфигурацию SEQ_STORE (см. Ниже).

@Id @GeneratedValue (стратегия = GenerationType.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ, генератор = "SEQ_STORE")
public Integer getId () {...}
 

В следующем примере используется генератор идентификаторов:

@Id @GeneratedValue (стратегия = GenerationType.IDENTITY)
public Long getId () {...}
 

Генератор AUTO является предпочтительным типом для портативных приложений (от нескольких поставщиков БД). Конфигурация генерации идентификатора может использоваться для нескольких отображений @Id с атрибутом генератора. Есть несколько конфигураций, доступных через @SequenceGenerator и @TableGenerator .Объем генератора может быть приложением или классом. Определенные классом генераторы не видны за пределами класса и могут переопределять генераторы уровня приложения. Генераторы уровня приложения определены на уровне XML (см. Главу 3, Переопределение метаданных с помощью XML ):

 

// и эквивалент аннотации

@javax.настойчивость.TableGenerator (
    name = "EMP_GEN",
    table = "GENERATOR_TABLE",
    pkColumnName = "ключ",
    valueColumnName = "привет"
    pkColumnValue = "EMP",
    allocationSize = 20
)

<имя-генератора последовательности = "SEQ_GEN"
    имя-последовательности = "моя_последовательность"
    allocation-size = "20" />

// и эквивалент аннотации

@ javax.persistence.SequenceGenerator (
    name = "SEQ_GEN",
    sequenceName = "моя_последовательность",
    allocationSize = 20
)
 

Если JPA XML (например, META-INF / orm.xml ) используется для определения генераторов, EMP_GEN и SEQ_GEN являются генераторами уровня приложения. EMP_GEN определяет генератор идентификаторов на основе таблицы с использованием алгоритма hilo с max_lo , равным 20. Значение hi сохраняется в таблице « GENERATOR_TABLE ». Информация хранится в строке, где pkColumnName «key» равно pkColumnValue « EMP », а столбец valueColumnName « hi » содержит следующее высокое используемое значение.

SEQ_GEN определяет генератор последовательности, использующий последовательность с именем my_sequence .Размер выделения, используемый для этого алгоритма хило на основе последовательности, равен 20. Обратите внимание, что эта версия Hibernate Annotations не обрабатывает значение initialValue в генераторе последовательности. Размер выделения по умолчанию — 50, поэтому, если вы хотите использовать последовательность и получать значение каждый раз, вы должны установить размер выделения равным 1.

В следующем примере показано определение генератора последовательности в области класса:

@Юридическое лицо
@ javax.persistence.SequenceGenerator (
    name = "SEQ_STORE",
    sequenceName = "my_sequence"
)
открытый класс Store реализует Serializable {
    частный длинный идентификатор;

    @Id @GeneratedValue (стратегия = GenerationType.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ, генератор = "SEQ_STORE")
    public Long getId () {идентификатор возврата; }
}
 

Этот класс будет использовать последовательность с именем my_sequence, а генератор SEQ_STORE не виден в других классах. Обратите внимание, что вы можете проверить тесты Hibernate Annotations в пакете org.hibernate.test.annotations.id для получения дополнительных примеров.

Вы можете определить составной первичный ключ с помощью нескольких синтаксисов:

• аннотируйте свойство компонента как @Id и сделайте класс компонента @Embeddable

• аннотировать свойство компонента как @EmbeddedId

• аннотируйте класс как @IdClass и аннотируйте каждое свойство объекта, участвующего в первичном ключе, с помощью @Id

Хотя @IdClass довольно часто встречается у разработчиков EJB2, он, скорее всего, новый для пользователей Hibernate.Составной класс первичного ключа соответствует нескольким полям или свойствам класса сущности, и имена полей или свойств первичного ключа в классе первичного ключа и в классе сущности должны совпадать, и их типы должны быть одинаковыми. Давайте посмотрим на пример:

 @Entity
  @IdClass (FootballerPk.class) 
public class Footballer {
    // часть ключа id
      @Id  public String getFirstname () {
        вернуть имя;
    }

    public void setFirstname (String firstname) {
        это.имя = имя;
    }

    // часть ключа id
      @Id  public String getLastname () {
        вернуть фамилию;
    }

    public void setLastname (String lastname) {
        this.lastname = фамилия;
    }

    public String getClub () {
        возвратный клуб;
    }

    public void setClub (String club) {
        this.club = клуб;
    }

    // подходящая реализация equals () и hashCode ()
}

@Embeddable
открытый класс FootballerPk реализует Serializable {
    // то же имя и тип, что и в Footballer
    public String getFirstname () {
        вернуть имя;
    }

    public void setFirstname (String firstname) {
        это.имя = имя;
    }

    // то же имя и тип, что и в Footballer
    public String getLastname () {
        вернуть фамилию;
    }

    public void setLastname (String lastname) {
        this.lastname = фамилия;
    }

    // подходящая реализация equals () и hashCode ()
}
 

Как вы могли заметить, @IdClass указывает на соответствующий класс первичного ключа.

Хотя Hibernate не поддерживается спецификацией EJB3, он позволяет определять ассоциации внутри составного идентификатора.Просто используйте для этого обычные аннотации.

 @Entity
@AssociationOverride (name = "id.channel", joinColumns = @JoinColumn (name = "chan_id"))
public class TvMagazin {
    @EmbeddedId public TvMagazinPk id;
    @Temporal (TemporalType.TIME) Дата и время;
}

@Embeddable
открытый класс TvMagazinPk реализует Serializable {
    @ManyToOne
    канал общественного канала;
    публичное строковое имя;
    @ManyToOne
    public Presenter ведущий;
}
 

Онлайн-генератор регулярных выражений

Новый бесплатный веб-сайт предоставляет генератор регулярных выражений, который помогает избавиться от головной боли при формировании и использовании регулярных выражений.

txt2re.com — это сайт, который призван помочь программистам узнать, как использовать регулярные выражения, и предоставить простой в использовании ресурс для тех, кто просто ищет быстрый способ сопоставления текста, без необходимости биться головой о клавиатуру, пытаясь чтобы понять, как составить регулярное выражение, что, по общему признанию, во многих случаях может показаться непонятной задачей.

Здесь используется интересный подход — вы не можете сами написать регулярное выражение, а затем выяснить, соответствует ли оно строке, подход, которому следует большинство инструментов, но вы начинаете наоборот.

Вы начинаете с ввода входной строки, которую сайт затем анализирует на отдельные токены. После этого вы выбираете элементы, которые хотите сопоставить, просто нажимая на них; это действие генерирует регулярное выражение вместе со связанным с ним кодом.

Хотя этот подход очень прост и действительно интуитивно понятен, он имеет ограниченные возможности, заключающиеся в том, что, поскольку вы не можете писать регулярное выражение самостоятельно, вы не можете использовать расширенные функции, такие как поисковые запросы и атомарные конструкции, поскольку генератор не может угадать, что вы после.Но, как всегда, выбор основан на использовании правильного инструмента для конкретной ситуации

Также интересно то, что вы можете увидеть код, сгенерированный на разных языках, Perl, конечно, Ruby, Java, C и C # среди других, который действует как сравнение языков.

Как кажется, все языки совместимы с регулярными выражениями Perl, при этом C даже импортирует библиотеку PCRE (#include), но что отличается, так это код, обернутый вокруг сгенерированного регулярного выражения. Очевидно, что код Perl короче и лаконичнее, в то время как некоторые языки, такие как C #, должны создавать объект регулярного выражения (Regex r = new Regex)

При этом было бы удобно генерировать выражения, совместимые с POSIX, чтобы их можно было использовать с такими инструментами, как Sed или Awk

Веселый и полезный сайт, который делает создание регулярных выражений переносимым; никогда не знаешь, когда тебе понадобится взломать быстрый скрипт в дороге.

Подробнее

txt2re

Чтобы быть в курсе новых статей на I Programmer, подпишитесь на RSS-канал, подпишитесь на нас в Google+, Twitter или Facebook или подпишитесь на нашу еженедельную рассылку

.