§57. Мощность переменного тока и коэффициент мощности
Мгновенное значение мощности. В цепи, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления, в которой ток I и напряжение u в общем случае сдвинуты по фазе на некоторый угол ?, мгновенное значение мощности р равно произведению мгновенных значений силы тока i и напряжения u. Кривую мгновенной мощности р можно получить перемножением мгновенных значений тока i и напряжения u при различных углах ?t (рис. 199, а. Из этого рисунка видно, что в некоторые моменты времени, когда ток и напряжение направлены навстречу друг другу, мощность имеет отрицательное значение. Возникновение в электрической цепи отрицательных значений мощности является вредным. Это означает, что в такие периоды времени приемник возвращает часть полученной электроэнергии обратно источнику; в результате уменьшается мощность, передаваемая от источника к приемнику. Очевидно, что чем больше угол сдвига фаз ?, тем больше время, в течение которого часть электроэнергии возвращается обратно к источнику, и тем больше возвращаемая обратно энергия и мощность.
Активная и реактивная мощности. Мгновенная мощность может быть представлена в виде суммы двух составляющих 1 и 2 (рис. 199,б). Составляющая 1 соответствует изменению мощности в цепи с активным сопротивлением (см. рис. 175,б).
Среднее ее значение, которое называют активной мощностью,
P = UI cos ? (75)
Она представляет собой среднюю мощность, которая поступает от источника к электрическим установкам при переменном токе.
Составляющая 2 изменяется подобно изменению мощности в цепи с реактивным сопротивлением (индуктивным или емкостным, см. рис. 179, а и б). Среднее ее значение равно нулю, поэтому для оценки этой составляющей пользуются ее амплитудным значением, которое называют реактивной мощностью:
Q = UI sin ? (76)
Рассматривая кривые мощности (см. рис. 199,б), можно установить, что только активная мощность может обеспечить преобразование в приемнике электрической энергии в другие виды энергии.
Эта мощность в течение всего периода имеет положительный знак, т. е. соответствующая ей электрическая энергия 2, называемая активной, непрерывно переходит от источника 1 к приемнику 4 (рис. 200, а). Реактивная мощность никакой полезной работы создать не может, так как среднее значение ее в течение одного периода равно нулю. Как видно из рис. 199,б, эта мощность становится то положительной, то отрицательной, т. е. соответствующая ей электрическая энергия ,3, называемая реактивной,
Рис. 199. Зависимость мгновенной мощности р (а) и ее составляющих (б) от угла ?t
Рис. 200. Диаграмма, иллюстрирующая передачу электрической энергии между источником и приемником, содержащим активное и реактивное сопротивления, при отсутствии компенсатора (а) и при наличии его (б): 1 — источник; 2,3 — условные изображения активной и реактивной энергии; 4 — приемник; 5 — компенсатор
непрерывно циркулирует по электрической цепи от источника электрической энергии 1 к приемнику 4 и обратно (см.
рис. 200, а).
Возникновение реактивной мощности в цепи переменного тока возможно только при включении в эту цепь накопителей энергии, таких как катушка индуктивности или конденсатор. В первом случае электрическая энергия, поступающая от источника, накапливается в электромагнитном поле катушки индуктивности, а затем отдается обратно; во втором случае она накапливается в электрическом поле конденсатора, а затем возвращается обратно к источнику. Постоянная циркуляция реактивной мощности от источника к приемникам загружает генераторы переменного тока и электрические сети реактивными токами, не создающими полезной работы, и тем самым не дает возможности использовать их по прямому назначению для выработки и передачи потребителям активной мощности. Поэтому в производственных условиях стараются по возможности уменьшить реактивную мощность, потребляемую электрическими установками.
Полная мощность. Источники электрической энергии переменного тока (генераторы и трансформаторы) рассчитаны на определенный номинальный ток Iном и определенное номинальное напряжение Uном, которые зависят от конструкции машины, размеров ее основных частей и пр.
Увеличить значительно номинальный ток или номинальное напряжение нельзя, так как это может привести к недопустимому нагреву обмоток машины или пробою их изоляции. Поэтому каждый генератор или трансформатор может длительно отдавать без опасности аварии только вполне определенную мощность, равную произведению его номинального тока на номинальное напряжение. Произведение действующих значений тока и напряжения называется полной мощностью,
S = UI
Следовательно, полная мощность представляет собой наибольшее значение активной мощности при заданных значениях тока и напряжения. Она характеризует ту наибольшую мощность, которую можно получить от источника переменного тока при условии, что между проходящим по нему током и напряжением отсутствует сдвиг фаз. Полную мощность измеряют в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А).
Связь между мощностями Р, Q и S можно определить из векторной диаграммы напряжений (рис. 201, а). Если умножить на ток I все стороны треугольника ABC, то получим треугольник мощностей А’В’С’ (рис.
201,б), стороны которого равны Р, Q и S. Из треугольника мощностей имеем:
S = ?(P2 + Q2)
Из этого выражения следует, что при заданной полной мощности S (т. е. напряжении U и токе I) чем больше реактивная мощность Q, которая проходит через генератор переменного тока или трансформатор, тем меньше активная мощность Р, которую он может отдать приемнику. Иными словами, реактивная мощность не позволяет полностью использовать всю расчетную мощность источников переменного тока для выработки полезно используемой электрической энергии. То же самое относится и к электрическим сетям. Ток I = ?(Ia2+Ip2), который можно безопасно пропускать по данной электрической сети, определяется, главным образом, поперечным сечением ее проводов. Поэтому если часть Iр проходящего по сети тока (см. рис. 194,б) идет на создание реактивной мощности, то должен быть уменьшен активный ток Iа, обеспечивающий создание активной мощности, которую можно пропустить по данной сети.
Рис. 201. Векторная диаграмма напряжений (а) и треугольник мощностей (б) для цепи переменного тока
Если задана активная мощность Р, то при увеличении реактивной мощности Q возрастут реактивный ток Iр и общий ток I, проходящий по проводам генераторов переменного тока, трансформаторов, электрических сетей и приемников электрической энергии. При этом увеличиваются и потери мощности ?Р = I2Rпp в активном сопротивлении Rпp этих проводов.
Таким образом, бесполезная циркуляция электрической энергии между источником переменного тока и приемником, обусловленная наличием в нем реактивных сопротивлений, требует также затраты определенного количества энергии, которая теряется в проводах всей электрической цепи.
Коэффициент мощности. Из формулы (75) следует, что активная мощность Р зависит не только от тока I и напряжения U, но и от величины cos?, называемой коэффициентом мощности:
cos ? = P/(UI) = P/S = P/?(P2 + Q2)
По значению cos ? можно судить, как использует мощность источника данный приемник или электрическая цепь.
Чем больше cos ?, тем меньше sin ?, следовательно, согласно формулам (75) и (76) при заданных U и I, т. е. S, тем больше активная и меньше реактивная мощности, отдаваемые источником. При повышении cos ? и постоянной активной мощности Р, поступающей в приемник, уменьшается ток в цепи I = P/(U cos ?). При этом уменьшаются потери мощности ?P = I2Rпp в проводах и обеспечивается возможность дополнительной загрузки источника и электрической сети, т. е. лучшего их использования. Если приемник питается от источника при неизменном токе нагрузки, то повышение cos ? ведет к возрастанию активной мощности Р, используемой приемником. При cos?=1 реактивная мощность равна нулю, и вся мощность, отдаваемая источником, является активной. Поэтому на всех предприятиях и во всех отраслях народного хозяйства стремятся всемерно повышать коэффициент мощности и доводить его по возможности до единицы.
Значения коэффициента мощности электрических установок переменного тока различны.
Электрические лампы обладают, главным образом, активным сопротивлением, поэтому при их включении сдвиг фаз между током и напряжением практически отсутствует. Следовательно, для осветительной нагрузки коэффициент мощности можно считать равным единице. Коэффициент мощности для двигателей переменного тока зависит от нагрузки. При номинальной расчетной нагрузке двигателя cos? = 0,8-0,9, а у крупных двигателей даже выше. При недогрузке двигателей коэффициент мощности их резко снижается (при холостом ходе cos ? = 0,25-0,3).
Повышение коэффициента мощности. Cos ? повышают различными способами. Основной из них — включение параллельно приемникам электрической энергии специальных устройств, называемых компенсаторами. В качестве последних чаще всего используют батареи конденсаторов (статические компенсаторы), но могут быть применены также и синхронные электрические машины (вращающиеся компенсаторы).
Способ повышения cos ? с помощью статического компенсатора (рис.
202, а) называют компенсацией сдвига фаз, или компенсацией реактивной мощности. При отсутствии компенсатора от источника к приемнику, содержащему активное и индуктивное сопротивления, поступает ток i1 который отстает от напряжения и на некоторый угол сдвига фаз ?1. При включении компенсатора Хс по нему проходит ток ic, опережающий напряжение и на 90°. Как видно из векторной диаграммы (рис. 202,б), при этом в цепи источника будет проходить ток i<i1 и угол сдвига фаз его ? относительно напряжения также будет меньше ?1.
Для полной компенсации угла сдвига фаз ?, т. е. для получения cos ? =1 и минимального значения тока Imin, необходимо, чтобы ток компенсатора Iс был равен реактивной составляющей I1p = I1 sin ?1 тока I1.
При включении компенсатора 5 (см. рис. 200,б) источник 1 и электрическая сеть разгружаются от реактивной энергии 3, так как она циркулирует уже по цепи «приемник — компенсатор».
Благодаря этому достигаются существенное повышение использования генераторов переменного тока и электрических сетей и уменьшение потерь энергии, возникающих при бесполезной циркуляции реактивной энергии между источником 1 и приемником 4. Компен-
Рис. 202. Схема, иллюстрирующая способ повышения cos ? с помощью компенсатора (а), и векторная диаграмма (б)
сатор в этом случае выполняет роль генератора реактивной энергии, так как токи Iсв конденсаторе и I1р в катушке индуктивности (см, рис. 202,б) направлены навстречу один другому (первый опережает по фазе напряжение на 90°, второй отстает от него на 90°), вследствие чего включение компенсатора уменьшает общий реактивный ток Iр и сдвиг фаз между током I и напряжением U. При надлежащем подборе реактивной мощности компенсатора можно добиться, что вся реактивная энергия 3 (см. рис. 200,б), поступающая в приемник 4, будет циркулировать внутри контура «приемник — компенсатор», а генератор и сеть не будут участвовать в ее передаче.
При этих условиях от источника 1 к приемнику 4 будет передаваться только активная мощность 2, т. е. cos ? будет равен единице.
В большинстве случаев по экономическим соображениям в электрических установках осуществляют неполную компенсацию угла сдвига фаз и ограничиваются значением cos ? = 0,95.
3.5. Активная, реактивная и полная мощности
Мощность переменного тока — величина, периодически изменяющаяся. Ее мгновенное значение
Пусть ток отстает по фазе от напряжения на угол , т.е.. Тогда мгновенное значение мощности
Но
Тогда
Мгновенная
мощность имеет постоянную составляющую
и переменную двойной
частоты. Диаграммы изменения
приведены на рис.40. На интервалах,
когдаu
и i имеют
одинаковое направление, мгновенная
мощность положительна,
энергия потребляется от источника. На
интервалах, когда u
и i
имеют
противоположное направление, мгновенная
мощность отрицательна и энергия
возвращается источнику.
t
Среднее значение мгновенной мощности за период переменного напряжения (или тока) называется
(37)
Активная мощность физически представляет собой энергию, которая выделяется в единицу времени в виде теплоты на участке цепи с сопротивлением R:
где — активная составляющая напряжения.
Единицей измерения активной мощности является ватт (Вт).
Под реактивной мощностью Q понимают произведение
(38)
В
зависимости от знака
реактивная мощность может быть как
положительной, так и отрицательной.
Единица измерения здесь та же, что и у активной мощности, но для различия используется вольт-ампер реактивный (ВАр).
Реактивная мощность характеризует собой ту энергию, которой обмениваются генератор и приемник (если реактивных элементов в приемнике нет, то мгновенная мощность не имеет отрицательных значений, реактивная мощность равна нулю).
Полная (или кажущаяся) мощность
S=UI (39)
Единица полной мощности –.
Полную мощность можно характеризовать как максимальную активную мощность, которую мог бы отдать генератор при активной нагрузке. Мощности Р, Q и S связаны следующей зависимостью:
(40)
Очень важной характеристикой цепей переменного тока является отношение
(41)
Для
лучшего использования электрических
генераторов желательно иметь максимально
возможное значение
.
Высокое значение желательно также для уменьшения потерь в ЛЭП. При неизменной активной мощности Р приемника ток в линии тем меньше, чем больше значение:
Большинство реальных потребителей электроэнергии имеют индуктивный характер нагрузки, т.е. в сети ток отстает от напряжения. Отмеченное можно проиллюстрировать схемой на рис.41, а (конденсатор отключен) и векторной диаграммой на рис.41,б
При отключенном конденсаторе имеем:
Подключение в схему конденсатора приведет к изменению тока I, что можно проследить по векторной диаграмме на рис.42 (для удобства построений здесь вектор направлен вертикально, но взаимное расположение векторовине изменилось).
На
диаграмме обозначено:
и-
активная и реактивная составляющие
токаI;
и- активная и реактивная составляющие
тока.
Для схемы с конденсатором получим
Отсюда требуемая емкость для уменьшения отставания тока от величины до величины
Если требуется полная компенсация угла сдвига фаз, то
.
Компенсация сдвига фаз существенна для энергоемких потребителей, например, промышленных предприятий. Осуществляется она в местах ввода линии питания в распределительном устройстве. Экономически выгодно подключать конденсаторы на возможно более высокое напряжение, так как величина обратно пропорциональна квадрату напряжения.
Рассмотрим простой прием расчета активной и реактивной мощностей. Пусть задан некоторый комплекс
Введем понятие сопряженного комплекса. Под комплексом сопряженным с комплексом А, будем понимать комплекс
.
Обозначим
напряжение на некотором участке цепи
,
ток поэтому участку.
Угол между напряжением и током.
Умножим комплекс напряжения на сопряженный
комплекс токаи обозначим полученный комплекс черезS
Значок ~ (тильда) над S обозначает комплекс (а не сопряженный комплекс) полной мощности, составленный при участим сопряженного комплекса тока .
Таким образом, активная мощность Р есть действительная часть (Rе), а реактивная мощность О — мнимая часть (Im) произведения :
(42)
Для определения же полной мощности следует пользоваться только формулой (40).
Из закона сохранения энергии следует, что в любой цепи должен соблюдаться баланс мощностей. Для цепей переменного тока он формулируется следующим образом: сумма активных мощностей источников равна сумме активных мощностей приемников, а сумма реактивных мощностей источников равна сумме реактивных мощностей приемников.
При этом под
реактивной мощностью приемников энергии
понимается сумма произведений квадратов
токов ветвей на реактивные сопротивления
ветвей с учетом их знака.
Реактивная мощность, получаемая индуктивным элементом, положительна, а емкостным — отрицательна. Поэтому баланс для полных мощностей не соблюдается (на основании (39) , но в этом выражении знакQ роли не играет).
Для экспериментального определения мощности применяются специальные приборы — ваттметры. Ваттметр содержит две обмотки и соответственно две пары зажимов для подключения его в цепь. Одна обмотка включается в цепь последовательно, подобно амперметру, вторая — параллельно участку цепи, подобно вольтметру. На схемах ваттметр изображается в виде кружка с буквой W, из которого выходят четыре конца, как показано на рис.43.
Для
правильного включения в цепь начала
обмоток обозначаются звездоч-ками.
Ваттметр устроен таким образом, что
измеряет произведение эффективных
значений напряженияна
ток I и на косинус угла сдвига между
током и напряжением (предполагается,
что ток втекает в вывод последовательной
обмотки, отмеченной звездочкой, а
напряжение на параллельной обмотке
равно разности потенциалов между выводом
со звездочкой – точка на рис.
Пример 15.
Приборы, подключенные к цепи на рис.44, дали следующие показания:
Требуется вычислить комплексное сопротивление Z и комплексные проводимости Y цепи для случаев: а) >0; б) <0.
Модуль сопротивления и его аргумент:
Искомые комплексные сопротивления и проводимости цепи:
a)
б)
Для определения знака необходимо провести следующий опыт: подключить параллельно нагрузкеZ конденсатор небольшой емкости и проследить реакцию амперметра.
Если
нагрузка имела емкостный характер, то
добавление емкостной нагрузки приведет
к увеличению тока и увеличению показания
амперметра.
В этом случае
отрицательно.
Если же подключение конденсатора приводит к уменьшению тока, то положительно (см., например, векторную диаграмму на рис.42, поясняющую компенсацию сдвига фаз).
Пример 16.
Требуется определить все токи, проверить баланс мощностей, построить векторную диаграмму.
Рассчитаем реактивные сопротивления:
Комплекс эффективного значения приложенного к цепи напряжения в раз меньше комплексной амплитуды, поэтому
Введем обозначение комплексных сопротивлений:
Полное сопротивление цепи
В неразветвленной части цепи проходит ток
Токи в параллельных ветвях, согласно формуле (23), могут быть выражены через ток в неразветвленной части цепи
Найдем активные мощности всей цепи и отдельных ее ветвей:
С учетом погрешности
вычислений баланс активных мощностей
выполняется.
Наконец, определим реактивные мощности всей цепи и отдельных ее ветвей:
Отсюда видно, что выполняется и баланс реактивных мощностей.
На рис.46 приведена векторная диаграмма
Порядок построения диаграммы следующий: по результатам расчетов отложены векторы токов, затем по направлениюотложен вектори перпендикулярно к нему в сторону опережения – векторИх сумма дает вектор. Далее в фазепостроен вектори перпендикулярно к нему в сторону отставания – вектор, а их сумма дает вектор напряжения на параллельном участке. Тот же вектор может быть получен, если в фазе сотложитьи к нему прибавить векторопережающийна 90°. Сумма векторовидает вектор приложенного напряжения
Как подключить активные динамики к ресиверу
Когда дело доходит до подключения всех компонентов вашего домашнего кинотеатра, задача может быть, мягко говоря, непосильной. Это особенно верно, если вы не очень хорошо разбираетесь во всем связанном жаргоне.
Термины «активный», «активный» и «пассивный» обычно используются для описания типа вашей колонки.
Однако прибавьте к этому массу других компонентов и словосочетаний – ресивер, усилитель, источник, канал и т.д. – все может вдруг стать довольно запутанным. (Не говоря уже о недостатке ясности в часто плохо нарисованных диаграммах и указаниях производителя!)
Часто это приводит к путанице в том, какие части соединяются с что и будет ли оборудование вообще работать вместе. Если вам случилось купите активные динамики и запланируйте использовать их с ресивером, вы можете быть в для грубого пробуждения. То есть — если вы не знаете, как правильно подключить вдвоем!
Итак, как подключить динамики к ресиверу? Ваш ресивер должен иметь выходы предусилителя или линии Zone 2 для подключения к нему активных или активных колонок. Просто подключите динамики к выходам предусилителя или выходам зоны 2. Вы не можете подключать активные или активные динамики к обычным разъемам для динамиков ресивера, потому что это ПОВРЕДЕТ динамики.
Если вам трудно понять, как подключите динамики с питанием к ресиверу, вы не одиноки. Ниже я объяснить наиболее прямой способ соединения этих элементов. Я также предоставляю два других, менее известные варианты, если ваш ресивер не включает предварительные выходы.
Как Подключение активных динамиков к ресиверу
Активные динамики, также известные как активные, называются так потому, что они включают встроенный усилитель. Это означает, что они не требуют использования внешнего усилителя и не будут работать с ним. (Напротив, пассивный динамик не имеет встроенного усилителя.)
Однако ресивер поставляется со встроенным усилителем. Из-за этого вы можете столкнуться с трудностями при успешном подключении активных динамиков к ресиверу домашнего кинотеатра.
Шаг 1: Найдите выходы предусилителя вашего ресивера
Прежде чем начать, вы должны определить, где находятся ваши выходы предусилителя.
находятся на вашем приемнике. (Обратите внимание, что некоторые бренды называют их «линейными
Выходы».
) Первоначально разработан для подключения внешнего
усилитель, который помогает облегчить нагрузку на ваш ресивер, эти линии
обычно единственные, которые работают с активными динамиками.
Количество выходов предусилителя ограничивает количество активных динамиков, которые вы можете подключить к ресиверу. (Он также позволяет расширить возможности домашнего кинотеатра за пределы тех каналов, для поддержки которых он был изначально разработан!) Хорошая новость заключается в том, что большинство производимых в настоящее время ресиверов, скорее всего, имеют выходы предусилителя.
В более старых моделях, вероятно, нет. В этом случае вам нужно будет инвестировать в пассивные динамики, которые не поставляются со встроенным усилителем, или обновить свой ресивер до модели с предвыходами.
Шаг 2: Определите, где ваши динамики и ресивер будут расположены в вашем доме Театр
Прежде чем прокладывать кабели, вырезать отверстия или делать что-либо еще, вам необходимо
чтобы определить, где ваши динамики и ресивер будут расположены в вашем доме
театр.
Для долговечности ваш приемник необходимо поместить в хорошо вентилируемое помещение. Расположение также должно обеспечивать легкий доступ к обратно для подключения. Для многих приемник часто помещается в развлекательный центр.
Расположение динамиков обычно зависит от того, сколько каналов у вас есть. Определение того, где вы разместите каждый динамик, может помочь вам определить, сколько кабеля вам понадобится для прокладки каждого динамика к вашему ресиверу.
Шаг 3: Подключить Громкоговорители к выходам предусилителя
После определения мест размещения ресивера и громкоговорителей вам необходимо соединить их с помощью соответствующих кабелей. В зависимости от размещения и личных предпочтений, вы можете проложить кабель через стены, чтобы скрыть их от глаз. Большинство современных моделей приемников принимают входы от HDMI, RCA, оптических или коаксиальных кабелей. В большинстве случаев для предвыходов потребуются стандартные кабели RCA.
Большинство экспертов рекомендуют использовать разъемы для проводов динамиков при
речь идет о подключении ресивера и колонок.
Хотя это может быть утомительно,
это помогает гарантировать, что ваши провода никогда не соприкасаются, и предотвращает вероятность
короткое замыкание вашего приемника.
Перед включением ресивера необходимо подключить динамики и источники. Также настоятельно рекомендуется инвестировать в сетевой фильтр, который может дополнительно защитить ваш домашний кинотеатр от скачков напряжения в вашем доме.
Есть Другие варианты?
Выходы предусилителя — это стандартный способ подключения активных динамиков. Тем не менее, они не обязательно являются единственным вариантом, который у вас есть, когда дело доходит до использование активных динамиков с системой домашнего кинотеатра.
Линии Zone 2
Некоторые ресиверы поставляются с линиями Zone 2, которые вы также можете использовать для подключения активных динамиков. Линии Зоны 2 были разработаны для поддержки использования другого источника во второй части дома. Например, транслируйте музыку в главной спальне, пока ваши дети наслаждаются фильмом в общей комнате.
Как показано на рисунке выше, некоторые ресиверы имеют выход предусилителя для Зоны 2 и обычный выход для Зоны 2, на который подается питание. Из-за этой двойной конфигурации Зона 2 также позволяет подключить второй усилитель для питания других динамиков, или вы можете подключиться напрямую к активным динамикам.
Зона 2 также позволяет расширить диапазон каналов, поддерживаемых вашим ресивером. Например, ваш ресивер может продаваться как «5.1-канальный» блок; однако дополнительные порты Zone 2 могут позволить вам расширить домашний кинотеатр до 7.1-канальной системы. Следует также отметить, что некоторые производители включают функцию Zone 2 в общее количество каналов.
Как и в случае с предварительным выходом, вам необходимо определить, где будут размещены ваши активные динамики. В Зоне 2, а иногда и в Зоне 3 и 4 обычно используются стандартные кабели RCA, но также могут быть специальные зажимные клеммы для подачи питания и аудиосигнала для пассивных динамиков.
Стерео Ресиверы
Кроме того, в зависимости от вашего основного использования, некоторые стереоресиверы также принимают AV-входы. Хотя стереоресиверы не предназначены для поддержки домашнего кинотеатра, владельцы, которые используют их как для музыки, так и для видео, сочли их подходящими.
(Они, безусловно, работают лучше, чем встроенная акустическая система вашего телевизора, по крайней мере!) Harmon Kardon HK3390, например, включает в себя три видеовхода и разъемы предвыхода.
Как правильно подключить динамики
Итак, вы только что приобрели шикарную новую пару динамиков и не можете дождаться, чтобы послушать их, но мы хотим убедиться, что вы подключите их, чтобы получить максимальную отдачу от их. Обеспечить, чтобы ваши динамики работали с оптимальной эффективностью, точностью и громкостью, в наши дни несложно, но есть несколько советов, которые стоит знать. Мы здесь, чтобы помочь вам узнать все, что вам нужно знать о подключении и питании ваших динамиков, а также о важности согласования импеданса.
Примечание редактора: эта статья была обновлена 22 марта 2023 г. с учетом вопросов, заданных читателями.
В чем разница между активными и пассивными громкоговорителями?
Активные громкоговорители имеют встроенные усилители и требуют источника питания.
Громкоговорители доступны в трех форматах: пассивные, активные и активные. Активные громкоговорители имеют встроенный усилитель с соответствующим питанием и согласованием с динамиками громкоговорителей. Они также могут включать активные кроссоверы (это тема для другого дня!), что делает их активными динамиками. Умный дом и Bluetooth-колонки всегда подключены к сети, так как они требуют питания для своих дополнительных функций. Если у вас есть динамики с питанием, вы можете просто подключить их к розетке (или положиться на внутренние батареи), подключить источник звука и прекратить чтение здесь, если вам, конечно, не интересно!
Первый тип, пассивные громкоговорители, не имеют встроенного усиления, поэтому нет возможности подключить их к розетке или другому источнику питания.
Вместо этого на задней панели каждого динамика будет пара зажимов или зажимов для проводов, которые вам понадобятся для подключения к внешнему усилителю или ресиверу с помощью подходящего провода.
Теперь, чтобы выяснить, какой усилитель использовать и как все подключить: вот тут-то и пригодится это руководство.
Почему так важен импеданс динамиков?
Помимо Ai40, в комплект поставки входят пульт дистанционного управления, провод динамика 18-го калибра и трехфутовый кабель RCA.
Пассивные громкоговорители представляют собой электрические цепи, которые могут иметь индуктивные, емкостные и резистивные элементы и подчиняться правилам импеданса. Согласование импеданса выхода усилителя с входом динамика максимизирует передачу мощности и позволяет усилителю работать в оптимальном диапазоне. Несоблюдение этих правил может привести к недостаточной мощности динамиков и низкой громкости или, что еще хуже, к перегреву и выходу из строя усилителя. Не волнуйтесь, если вы никогда не сдавали Электронику 101, нам не нужно будет заниматься математикой.
Звукоинженеры сделали весь процесс достаточно простым.
Для начала найдите номинальный импеданс динамика (в омах, Ом). Обычно вы найдете это измерение на задней панели ваших динамиков, или вам может понадобиться найти его. Типичные значения: 4 Ом, 8 Ом и 16 Ом.
Соотнесите импеданс динамика с соответствующим выходным каналом усилителя. Простой.
Затем проверьте свой усилитель или ресивер и найдите соответствующую информацию о минимальном импедансе нагрузки . Это должно быть указано на обратной стороне или в спецификациях. Если ваш динамик 4 Ом, вам понадобится усилитель с номинальной выходной нагрузкой 4 Ом и выше. Да, это действительно так просто!
Что нужно знать при подключении нескольких динамиков к одному каналу усилителя?
На что действительно нужно обратить внимание, так это на , если вы решите подключить несколько динамиков к одному каналу усилителя (обычно мы этого не рекомендуем). В этом случае вам понадобится немного математики, чтобы рассчитать общий импеданс всех подключенных вами динамиков.
Для последовательных соединений это очень просто, так как добавляется импеданс. Два динамика 4 Ом, соединенные последовательно, имеют импеданс 8 Ом, два динамика 6 Ом становятся 12 Ом и так далее.
Параллельное подключение динамиков более сложно, так как импеданс фактически уменьшается для каждого подключенного динамика. Вам понадобится формула 1/Ωtotal = 1/Ω1 + 1/Ω2 + 1/Ω3 +… Например, два параллельно подключенных динамика сопротивлением 4 Ом имеют общий импеданс 2 Ом. Или более сложное соединение двух динамиков 4 Ом и одного 6 Ом имеет импеданс всего 1,5 Ом. Это важно знать, так как параллельные соединения могут легко нагрузить ваш усилитель, что приведет к его перегреву или отключению.
Имеет ли значение тип провода динамика?
Провода динамиков бывают разного сечения и могут заканчиваться оголенными соединениями или разъемами, такими как показанные здесь позолоченные штекеры типа «банан».
После покупки дорогой акустической системы не позволяйте слишком дорогим акустическим кабелям соблазнить вас.
Эти специальные кабели обещают превосходный звук, но не имеют научного обоснования. Сэкономьте деньги и используйте стандартные кабели или те, которые поставляются с вашей акустической системой. Как мы показали, даже очень нечистая вешалка из цинкового сплава звучит прекрасно для питания динамиков. Что на самом деле важно, так это то, что провода ваших динамиков не длиннее, чем необходимо — обрежьте их до нужной длины, как только вы окончательно определитесь с размещением динамиков.
Какую мощность должен обеспечивать ваш усилитель?
Громкоговорители имеют номинальную мощность в ваттах (Вт) — . Вы найдете это в спецификациях в Интернете, в руководстве и, возможно, на задней панели динамика. Точно так же усилители также имеют максимальную номинальную выходную мощность. Это часто указывается в ваттах на канал (WPC). Учитывайте чувствительность вашего громкоговорителя (в дБУЗД на Вт на расстоянии 1 м), расстояние прослушивания от громкоговорителя и желаемую громкость (обычно 75–85 дБ достаточно).
Вставьте их в онлайн-калькулятор, чтобы получить правильный ориентир.
alvaro ortiz Слишком маленькая мощность может быть плохой вещью.
Вы будете удивлены, узнав, как мало мощности требуется большинству динамиков, чтобы звучать прилично громко. Всего от 10 Вт до 20 Вт более чем достаточно для типичных громкоговорителей в скромных помещениях для прослушивания. Вообще говоря, усилителя мощностью 50 Вт более чем достаточно для домашнего прослушивания с большим запасом мощности. Конечно, искажения и частотные характеристики так же важны при поиске хорошего усилителя, поэтому не позволяйте мощности быть единственным решающим фактором.
Вы можете подумать, что усилитель с немного более низкой номинальной мощностью, чем у ваших динамиков, гарантирует, что вы не перебьете их на максимальной громкости. На самом деле это не так, потому что, когда вы доводите усилитель до точки, где выходной сигнал отсекается, сгенерированная форма волны становится гораздо более вероятной для повреждения подключенного громкоговорителя — твитер, который воспроизводит высокие частоты, наиболее чувствителен к этому и может загореться.
при этих обстоятельствах.
Вы будете удивлены, узнав, как мало мощности требуется большинству колонок для громкого звучания в вашей гостиной.
На самом деле лучше поискать усилитель с более высокой номинальной мощностью, чем у динамиков, и проявить здравый смысл в том, насколько громко вы включаете систему!
Что такое полярность динамика?
Каждый громкоговоритель имеет два входных разъема, которые помечены либо символом + или –, либо красным и черным цветом соответственно. Важно убедиться, что положительная (красная) клемма динамика подключена к соответствующей выходной клемме усилителя. Многие акустические кабели имеют отличительную черту на одном из проводников, помогающую отслеживать, что к чему.
Обратите внимание на полярность кабеля на концах динамика и усилителя.
Крайне важно убедиться, что положительные и отрицательные сигналы совпадают как на левом, так и на правом каналах динамиков. Если вы этого не сделаете, вы можете получить один канал не в фазе с другим.
Если это произойдет, любой монофонический контент будет эффективно компенсирован в вашей позиции прослушивания — это означает, что центрально панорамированные элементы микса (такие как бас, малый барабан и ведущий вокал) также будут компенсированы, оставляя вам «тонкий», скомпрометированный звук.
Собираем все вместе
Там много информации, но включить пассивные динамики не так уж и сложно. К счастью, стандартизация в аудиоиндустрии означает, что это, как правило, дело plug-and-play. Тем не менее, вот несколько ключевых советов, которые помогут вашей новой покупке работать с максимальной производительностью.
- Убедитесь, что ваш усилитель выдерживает сопротивление динамика. Сверьтесь со спецификациями и убедитесь, что входной импеданс вашего громкоговорителя не ниже минимальной нагрузки соответствующего канала усилителя.
- Трижды проверьте расчет импеданса при последовательном или параллельном подключении колонок.
- Избегайте кабельного масла, придерживайтесь обычного кабеля или того, что входит в комплект.
