Сообщение от mike-y-k
|
Рассуждение несколько ответвилось в строну из-за игры слов в описании. Спираль vs струна.
А как натянута струна? Есть ли компенсатор натяжения струны? Его диапазон и жёсткость? Каковы параметры возникающих колебаний струны? Каков диапазон температур струны в это время?
|
Вопросы в самую точку. Например, я до сих пор не могу сделать однозначный вывод касательно формы этой струны-спирали. Если она прямая, как струна - это одно. Если же навита, как спираль - это совсем другое.
Как бы там ни было, но сталкивался с колебаниями и спиралей, и струн. Когда еще нагреватели электроплит были в виде открытой спирали, уложенной в канавки, то часто можно было услышать это "пение". В основном оно возникало в тех случаях, если витки спирали слегка касались друг друга. Или если спираль была восстановлена после перегорания, обычной скруткой концов. Тогда в этом месте возникало яркое свечение, как лампочка, и спираль начинала жужжать.
Понятно, что в месте плохого контакта возникало искрение, и ток через спираль переставал быть синусоидальным с частотой 50Гц, а становился прерывистым, с частотой искрения.
Что является причиной колебаний спирали-струны? Однозначно - колебания температуры, которые вызывают колебания длины и, как следствие - колебания силы натяжения. А колебания температуры возникают при колебаниях силы тока.
Почему спираль-струна не жужжит, если питать от автотрансформатора, и жужжит, если питать от тиристорного регулятора?
Ответ - а она жужжит в обоих случаях! Просто при питании чистой синусоидой она и жужжит на одной частоте - 100Гц. Частота довольно низкая, и далека до более высоких резонансных частот спирали. Поэтому амплитуда колебаний остается невысокой. Да и слух она не режет, потому что сетевой частотой вокруг нас все заполнено, и ухо не удивляется.
А вот если амплитуда тока меняется резко - при искрении от плохого контакта, или при фазоимпульсном регулировании - то так же резко изменяется и температура, и рывком изменяется длина проволоки, возбуждая акустические колебания. Да, частота их следования остается прежней - те же 100Гц. Но за счет более высокой крутизны фронта, изменение длины происходит тоже с более высокой скоростью. В струне возникает подобие ударного возбуждения колебаний, с широким частотным спектром.
Тут уже упоминалось о тепловой инерционности нагревательного элемента. Да, она существует. Но надо учитывать, что тепловая инерционность имеет конечную величину. И какой бы она ни была, она все равно не может убить колебания температуры насмерть. Она их может лишь ослабить. Но они, даже ослабленные, все равно остаются.
Величина тепловой инерции зависит не только от величины тепловой массы тела, но и от условий и интенсивности охлаждения. При одинаковой массе, большей инерцией будет обладать тело с меньшей наружной поверхностью. Если это проволока, то чем она тоньше, тем она менее инерциальна.
Яркий пример того - обычные лампочки накаливания. Сравним свечение мощной лампы, 100...200Вт - мы почти не замечаем модуляции ее яркости - и свечение лампочки на 15...25Вт - при ее освещении глаза быстро устают, потому что амплитуда модуляции яркости очень велика. Но колебания яркости есть в обоих случаях. Их легко увидеть, если рассматривать при помощи фотодатчика. А если посчитать, каким колебаниям температуры нити накаливания соответствуют эти колебания яркости, то окажется, что это сотни градусов! Вот вам и тепловая инерция!
А спираль-струна обдуваема всеми ветрами, и особой инерцией похвастать не может. А еще если она обдувается принудительно - так и вообще, ее инерция никакая.
Поэтому, если регулировать мощность нагрева спирали при помощи фазоимпульсного управления, при уменьшении мощности будут расти длительности пауз между импульсами тока. Это приведет к тому, что к моменту отпирания тиристора спираль успевает остыть сильнее, ее температура к этому моменту будет все ниже. А при отпирании тиристора напряжение на спираль подается резким скачком. Причем величина этого скачка напряжения будет оставаться очень близкой к максимальному (амплитудному) значению питающего напряжения.
В общем, при таком раскладе спирали не позавидуешь. Ее температура резко увеличится с очень высокой скоростью. Об ударном возбуждении я уже писал.
Кстати, в тех же лампочках накаливания, происходит подобное явление, если их яркость регулируется при помощи симисторных диммеров. При регулировке яркости, когда угол отпирания симистора уменьшается, лампочки начинают "петь" или жужжать. Если изготовитель не поленился поставить дроссель последовательно с симистором, крутизна фронта тока уменьшается, и амплитуда высших гармоник тоже снижается, и лампочки светят бесшумно.
Re: Как убрать вибрацию спирали?
