Трансформаторы применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками энергии, а также в выпрямительных, усилительных и других устройствах, где требуется развязка электрических цепей.
4.5.2. Особенности трансформаторов и термины
"Золотой век" намоточных трансформаторов, применяемых в радиолюбительских конструкциях, да и в промышленной аппаратуре, кажется, уже прошел. Сегодня наиболее популярны понижающие двух- и многообмоточные трансформаторы, применяемые в источниках питания, и импульсные трансформаторы (для импульсных источников питания). Для преобразования, передачи электрической энергии в низковольтных устройствах популярны оптоэлектронные трансформаторы на основе оптопар. Они обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей и значительно эффективнее намоточных трансформаторов с магнитной индукцией. Тем не менее некоторые области применения трансформаторов в классическом виде остаются. Это область мощных трансформаторов для силовых цепей. Намоточные трансформаторы в широком ассортименте продаются в магазинах, выпускаются промышленностью, а это значит, что разбираться в их особенностях необходимо и сегодня. Этому посвящен настоящий раздел, в котором читатель узнает как общие сведения о трансформаторах, так и том, как правильно классифицировать и читать их обозначения (принимать решения о применении того или иного прибора в конкретном устройстве или заменять его наиболее подходящим по электрическим характеристикам).
Индукционные трансформаторы
Индукционный трансформатор (далее трансформатор) - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
Силовые трансформаторы
Силовой трансформатор - трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии. К силовым трансформаторам относятся трансформаторы трехфазные и многофазные мощностью до 6,3 кВт и более, однофазные мощностью 5 кВт и более. Силовые трансформаторы можно увидеть невооруженным глазом недалеко от вашего дома в ближайшей "трансформаторной" будке или электрической подстанции. Также силовые трансформаторы установлены вдоль железнодорожного полотна, по которому курсируют поезда на электротяге.
Повышающий трансформатор
Повышающий трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка, имеющая более низкое напряжение.
Понижающий трансформатор
Понижающий трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка с более высоким напряжением.
Сигнальный (согласующий) трансформатор
Сигнальный трансформатор (согласующий) - трансформатор малой мощности, предназначенный для передачи и преобразования электрических сигналов.
Автотрансформатор - трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны так, что имеют общую точку.
Импульсный сигнальный трансформатор
Импульсный сигнальный трансформатор - это сигнальный трансформатор, предназначенный для передачи, формирования, преобразования и запоминания импульсных сигналов.
Коэффициент трансформации
Коэффициент трансформации трансформатора малой мощности - отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки.
Магнитная индукция
Магнитная индукция - это векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.
Индуктивная связь - связь электрических цепей посредством магнитного поля.
4.5.3. Классификация трансформаторов
Трансформаторы классифицируют по признаку функционального назначения:
□ трансформаторы питания;
□ трансформаторы согласования.
Трансформаторы питания в свою очередь классифицируют:
□ по напряжению:
- низковольтные;
- высоковольтные;
- высокопотенциальные;
□ в зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения:
- однофазные;
- трехфазные;
□ в зависимости от числа обмоток:
- двухобмоточные;
- многообмоточные;
□ в зависимости от конфигурации магнитопровода:
- стержневые;
- броневые;
- тороидальные;
□ в зависимости от мощности:
- малой мощности;
- средней мощности;
- большой мощности;
□ в зависимости от способа изготовления магнитопровода:
- пластинчатые;
- ленточные;
□ в зависимости от коэффициента трансформации:
- повышающие;
- понижающие;
□ в зависимости от вида связи между обмотками:
- с электромагнитной связью (с изолированными обмотками);
- с электромагнитной и электрической связью (со связанными обмотками);
□ в зависимости от конструкции обмотки:
- катушечные;
- галетные;
- тороидальные;
□ в зависимости от конструкции всего трансформатора:
- открытые;
- капсулированные;
- закрытые;
□ в зависимости от назначения:
- выпрямительные;
- накальные;
- анодно-накальные;
□ в зависимости от рабочей частоты:
- пониженной частоты (менее 50 Гц);
- промышленной частоты (50 Гц);
- повышенной промышленной частоты (400, 1000, 2000 Гц). Об этом подробнее в главе 5;
- повышенной частоты (до 10 000 Гц);
- высокой частоты.
4.5.4. Конструктивные особенности трансформаторов
Основными частями трансформатора являются магнитопровод и катушка с обмотками.
Материалом для магнитопровода трансформаторов служит листовая электротехническая сталь различных марок и толщины, горячей прокатки и холоднокатаная. От содержания кремния, количество которого отражено в марке стали, а также от толщины листа зависят потери мощности в магнитопроводе от вихревых токов. Толщину листа применяемой стали выбирают в зависимости от частоты сети, питающей трансформатор: с увеличением частоты толщину листа надо уменьшать. Ленточные (витые) магнитопроводы изготавливают из лент рулонной стали; предварительно лента покрывается изолирующим и склеивающим составом.
4.6. Как разбираться в цифровых фотоаппаратах
Постоянный обмен информацией, короткое время производства, экономия финансов при возможности оптимального выбора экспозиции и редактировании фотоизображений, наконец польза для окружающей среды (безотходное производство т. к. нет негатива) - вот только несколько причин, которые объясняют гигантский рост интереса к цифровым фотоаппаратам.
Сегодня многие так или иначе сталкиваются с задачей "ввода" фотографий в компьютер (далее - ПК), особенно с помощью камеры высокого (1024×768 и более) разрешения.
4.6.1. Особенности применения цифровых и пленочных камер
Если фотограф, использующий фотопленку, допускает промах, и снимки оказываются некачественными, то начинаются проблемы. Поэтому возможность мгновенного контроля качества изображения в цифровых камерах неоценима.
Что касается профессиональной фотосъемки на торжествах и важных мероприятиях (свадьбах, исторических встречах, интервью), то сегодня необходимость приглашать профессионального фотографа (90 % работы которого - это проявка пленок и печать фотографий) отпадает сама собой: с цифровой съемкой отлично справятся дизайнеры, да и сами пользователи "цифровика", которым, к тому же, открываются новые возможности творчества.
Для того чтобы сделать художественный снимок на целую полосу глянцевого журнала, нужны "серьезные" пленочные профессиональные аппараты и услуги соответствующих специалистов, однако, не отрицая пока необходимость их существования, все же рекомендую обратить внимание на профессиональные "камеры" стоимостью за 15–20 тыс. руб. А для среднестатистической бытовой съемки сложно придумать что-нибудь лучше "цифровиков".
Сегодня это действительно удобно: сделал снимок, "загнал" его в ноутбук и через Интернет (или с помощью сотового телефона) передал куда нужно. Если есть цифровой принтер, то процесс осуществляется еще проще: от момента съемки до момента печати снимка проходит несколько минут. Поэтому там, где нужна оперативность, лучше использовать цифровые камеры.
Еще одна область применения цифрового фото - Web-дизайн. Так как практически все цифровые камеры используют Motion JPEG-компрессию и "родной" для них формат JPG широко распространен среди пользователей ПК, то задача быстрого периодического обновления снимков на Web-сайте решается при помощи цифровой камеры очень легко. К тому же в Интернете редко требуются снимки с большим разрешением "на весь экран", иначе пользователи, не имеющие выделенной линии с модемом ADSL, будут долго ждать вывода изображения на экран. Кстати, познавательно, что многие фирмы, торгующие цифровыми фотоаппаратами с возможностью высокого разрешения фотоизображений, позиционируют их именно как устройства для владельцев Web-сайтов. Цифровые камеры также популярны для быстрого составления фотокаталогов продукции и рекламных проспектов, т. е. удобны не только для семейных фотоальбомов и оперативной полиграфии, но и для презентаций бизнеса.
4.6.2. Устройство цифровых фотокамер (фотоаппаратов)
Сердцем любого цифрового фотоаппарата является светочувствительная матрица CCD (Charge Coupled Device, т. е. ПЗС - прибор с зарядовой связью). Обычно в камерах используется 1/3-дюймовая CCD, состоящая из элементов, преобразующих световые волны в электрические импульсы (аналогоцифровой преобразователь (АЦП) заменяет электрические заряды цифровой информацией). Количество таких элементов более 810 000 в современных "средних" камерах с разрешением от 1024*768. Сами матрицы не являются новым изобретением - родившись как оборудование для физических экспериментов (в частности, в физике высоких энергий), они уже давно используются в видеокамерах.
Как и в обычных фотоаппаратах, качество кадра "цифровиков" во многом определяется качеством объектива. В среднем, камеры любительского уровня (и высокого, и низкого разрешения) комплектуются объективами с фокусным расстоянием около 5 мм (примерно соответствует фокусному расстоянию 35-миллиметровых объективов обычных пленочных камер) и фиксированной диафрагмой (aperture). Другие модели обладают объективами с переменным фокусным расстоянием (zoom).
4.6.3. Анализ характеристик цифрового фотоаппарата
Для многих фотографов и пользователей графических программ самым легким способом оценить цифровой фотоаппарат является анализ его оптической системы, ведь многие цифровые фотоаппараты используют в качестве оптической основы профессиональные 35-миллиметровые фотоаппараты. Как цифровые технические характеристики (глубина цвета и разрешение) практически влияют на качество изображения?
Понятие о глубине цвета в цифровом фотоаппарате
Динамический диапазон полутонов, захватываемых фотоаппаратом, от самого яркого до самого темного элемента в первую очередь определяется глубиной цвета. Это напоминает принцип действия планшетного сканера. Например, невысокие по цене (и самые простые по сервису) цифровые фотоаппараты, такие как Apple QuickTake 3500, Kodak DC-400 и Model-4 от компании Dycam, способны захватывать 24 бита цвета (8 бит данных для каждого цвета RGB-диапазона). Камеры классом повыше типа Kodak DCS-460 захватывают 36 бит, что дает более точную детализацию изображения с меньшим шумом. На самом верху классификации находится Leaf Digital Camera Black, которая производит снимки с глубиной цвета 14 бит на каждый RGB-цвет.
Понятие о разрешении в цифровом фотоаппарате
Разрешение в цифровом фотоаппарате базируется на количестве горизонтальных и вертикальных элементов изображения, которое он может захватить. Как и в сканере, эти элементы изображения называются пикселами (пс). Чем больше количество пикселов по горизонтали и вертикали, тем выше разрешение фотоаппарата и, следовательно, более четким получается изображение и более мягкими цветовые переходы.
Относительно дорогие аппараты (по цене от 10 000 руб на сентябрь 2006 г. в регионе Санкт-Петербурга), как правило, предполагают наилучшее разрешение. Например, Kodak DCS-460 обладает разрешением 2000×3000 пикселов (6 Мпс). Аппарат фирмы Apple QuickTake 3500, который стоит в розницу меньше 3000 руб., имеет самое большое разрешение - 640×480 пикселов. Такого класса фотокамерами комплектуются современные сотовые телефоны.
К сожалению, многие люди (даже знакомые с цифровой графикой) находят для себя сложным разобраться в том, каким образом размеры в пикселах превращаются в качество изображения. Для понимания этого сначала необходимо уяснить, что размеры в пикселах, как правило, основываются на разрешении 72 ppi (пиксела на дюйм). Также важно понимать, что уменьшение размера цифрового изображения увеличивает количество пикселов на дюйм. Таким образом, проблема разрешения, как правило, сводится к следующему вопросу: каков самый большой размер, до которого вы можете уменьшить (сжать) изображение без опасности потерять его высокое качество на выходе?
Для достижения наилучших результатов при выводе изображения на печать разрешение должно быть в 1,5–2 раза больше экранной частоты (измеряется в строчках на дюйм), используемой при выводе изображения.
Предположим, вы используете цифровой фотоаппарат Kodak DCS 460 и вам надо отослать изображение размером 7×7 дюймов и разрешением 225 ppi в журнал. Для того чтобы определить, можете ли вы сфотографировать изображение, которое бы отвечало этим требованиям, просто разделите требуемые пикселы на дюйм в горизонтальном и вертикальном разрешении цифрового аппарата. Максимальный возможный размер изображения с разрешением в 225 ppi будет равен приблизительно 13×9 дюймов (3000:225 = 13, 33 дюйма и 2000: 225 = 8,89 дюйма).
Таким образом, у вас не будет проблемы с отсылкой изображения размером 7×7 дюймов с разрешением в 225 ppi. Однако если вы будете использовать для печатной работы аппарат, максимальное разрешение которого 640×480 пикселов, то у вас возникнет проблема. Оптимальный размер изображения с разрешением 225 ppi будет равен 2,84×2,13 дюйма (640: 225 = 2,84; 180: 225 = 2,13) для вывода изображения с экранной частотой всего в 150 dpi (количество точек на дюйм).
Практическая работа с цифровыми фотоаппаратами
Как только станет ясно, как глубина цвета и разрешение цифрового фотоаппарата влияют на качество вывода, вопрос о выборе цифрового фотоаппарата решается сам собой. Почти все современные модели "цифровиков" имеют режим видео- и аудиозаписи, рассчитанный на короткое время (в зависимости от емкости карты памяти).
Перед тем как воспользоваться цифровым фотоаппаратом, полезно знать, что не все модели (даже не все дорогие модели) захватывают каждый нюанс цвета в изображении, особенно если условия освещения удовлетворительные.
На конкретном примере иногда делается упор на то, что аппараты фирмы Kodak дают цветовую палитру более солнечного спектра, чем, например, аналогичные по характеристикам аппараты фирмы Minolta (дающие относительно более холодные "голубые" тона). Но неискушенному покупателю сперва будет трудно это отличить, также как неспециалисту разобрать общие линии в отпечатках пальцев.
Это вовсе не означает, что цифровые фотоаппараты производят изображения плохого качества, которые нельзя использовать, а только говорит о том, что в каждом конкретном случае, возможно, понадобится прибегнуть к услугам таких программ редактирования изображений, как Adobe Photoshop, HSC Live Picture, Fauve Xres, MicrografX Picture Publisher или Corel PhotoPaint, или коррекционного программного обеспечения, поставляемого вместе с фотоаппаратом для расширения динамического диапазона изображения и установки четкости цветовой коррекции.
4.7. Как разбираться в современных телевизорах
Интерес к домашним кинотеатрам в народе неугасим. Объемы продаж кинотеатральных компонентов с каждым днем растут, как на дрожжах. Но кинотеатр состоит из нескольких сложных электронных приборов, среди которых телевизоры - самые сложные. Какой он должен быть - ваш семейный большой телевизор? Какой у него должен быть размер экрана, какая технология, какие форматы видео он должен поддерживать, а какие - необязательно, какой звук у него должен быть и, самое главное - какое изображение? Покупка телевизора - это скорее вопрос стратегии: стоит ли так далеко заглядывать в будущее и готовить аппаратуру для телевидения высокой четкости HDTV? Или же все-таки приобрести "ящик", где изображение будет ярким, четким и привычно живым?
Можно сказать, что без телевизора сегодня почти никто не живет. Однако в жизни каждого человека, уже имеющего телевизор, рано или поздно наступает момент, когда он ясно осознает, что дальше смотреть "это" уже нельзя, и тогда встает вопрос - как и какой телевизор покупать вновь.
Автор, проверивший на практике много телевизоров разных форматов и технологий, делится в этом разделе своими советами и рекомендациями по выбору оптимального варианта из многих возможных. Предположим, что перед покупкой телевизора вы имеете энную сумму, и не пытаетесь сэкономить. Если это не так, то рекомендации, приведенные ниже, окажутся полезными даже в случае оптимального выбора между извечным: цена - качество.
4.7.1. Размер экрана (диагональ)
Размер экрана телевизора лучше просчитать исходя из размеров комнаты и дистанции от дивана до телевизора. Именно дистанция определяется размером помещения, а диагональ телевизора можно выбрать. Конечно, бегать с линейкой и считать на калькуляторе угол обзора не стоит, потому что можно применить так называемое "правило пяти диагоналей", а именно, размер диагонали экрана телевизора должен соответствовать расстоянию от него, т. е. расстоянию, вычисляемому как размер диагонали, умноженный на пять. Иначе говоря, измерив расстояние от дивана до телевизора и поделив его на пять, получают диагональ будущего телевизора.
Как правило, диагональ телевизора измеряется в дюймах, а расстояние - в метрах. В табл. 4.1 рассмотрены соответствия "дюйм - метр".
Диван не должен стоят прямо у стены, правила звукоинсталяции предполагают, что за вашей спиной будут стоять колонки тыловых каналов звука.
Чтобы понять различия между технологиями, необходимо разобраться с главными техническими параметрами телевизоров, потому что именно их отличие определяет выбор телевизора той или иной технологии.