Важным фактором роста акций TSLA на Nasdaq стало то, как работает электродвигатель.
Как работает электродвигатель Tesla?
Tesla Roadster использует трёхфазный асинхронный электродвигатель с переменным напряжением. В отличие от некоторых других моторов, использующих постоянные магниты, двигатель Roadster основан на магнитном поле, созданном целиком за счёт электричества.
У электромотора Tesla есть ротор и статор. Ротор - это стальная втулка, через которую пропущены медные пластины, позволяющие току перетекать с одной стороны ротора на другую. Электричество на ротор напрямую не подаётся. Ток возникает при прохождении проводника из медных пластин через магнитное поле, которое создаётся переменным током в статоре. Вращением втулки приводятся в движение колёса.
Статор - это тонкие стальные пластины, через которые проведена медная обмотка из проволоки. По ней в двигатель поступает электричество из модуля питания. Провода делятся на три вида по числу фаз электричества, которые можно представить себе в виде волн синусоидальных колебаний, гладкое сочетание которых обеспечивает бесперебойную подачу электроэнергии.
Переменный ток в медной обмотке статора создаёт вращающееся магнитное поле и вызывает поток частиц в роторе. Ток порождает второе магнитное поле в роторе, который следует за движущимся полем статора. Результатом этого процесса становится вращающий момент.
Когда водитель нажимает на педаль газа, модуль питания ставит поле статора позади поля ротора. Вследствие этого ротору приходится замедлиться для того, чтобы его поле вышло на уровень поля статора. Направление тока в статоре меняется, и начинается поток энергии через модуль питания обратно в батарею. Это называется регенерацией энергии.
Мотор выступает то генератором, то двигателем, в зависимости от действий водителя. При нажатии педали газа, модуль питания ощущает потребность во вращающем моменте. Если педаль нажата на 100%, доступный вращающий момент выбирается полностью, а если нет, тогда частично. Если не газовать, двигатель будет использоваться для восстановления энергии. Мотором он становится только тогда, когда модуль питания посылает нужное количество переменного тока на статор, что порождает вращающий момент.
Мотор Tesla приспособлен для работы на высокой скорости, но даже при этом требует теплового отвода. В этих целях сделаны охлаждающие пластины, воздух по которым гоняет вентилятор.
Тяговый электродвигатель очень мал, размером с арбуз, и максимально лёгок благодаря использованию алюминия. Модуль питания передаёт до 900 ампер тока на статор, обмотка которого сделана из значительно большего количества меди, чем в обычном моторе. Медные провода изолированы специальными полимерами, которые обеспечивают теплопередачу и устойчивость при вождении в экстремальных условиях.
В отличие от обычных индукционных моторов, использующих в качестве проводника алюминий, в электродвигателе Roadster эту роль играет медь. Работать с ней сложнее, но у неё меньше сопротивление, поэтому она лучше проводит ток.
Пятидверный электромобиль премиум-класса Tesla Model S справил официальную премьеру осенью 2009 года на автомобильных смотринах во Франкфурте, правда, лишь в качестве прототипа, но впервые был продемонстрирован общественности еще в марте на пресс-конференции в Лос-Анджелесе. Серийное производство машины стартовало в первой половине 2012 года, а уже в июне начались ее отгрузки первым клиентам.
В 2014 году американцы модернизировали «эску», добавив несколько полноприводных версий, увеличив мощность моторов и внедрив новый интерфейс мультимедийного комплекса.
Выглядит Tesla Model S красиво и выразительно, а в потоке угадывается безошибочно, хотя с некоторых ракурсов она напоминает другие машины. Нарочито агрессивный передок со злобным взглядом ксеноновой оптики, длинный и стремительный силуэт с активно ниспадающей линией крыши, «мускулистыми» арками колес и выдвигающимися дверными ручками, мощная корма с красивыми светодиодными фонарями и массивным бампером – внешне электрокар полностью соответствует своему премиальному статусу. И при этом он ничем не уступает именитым конкурентам с обычными двигателями.
Очередное обновление электрический лифтбэк пережил в апреле 2016 года, и на этот раз основные изменения пришлись на оформление экстерьера – внешность пятидверки подретушировали в духе кроссовера Model X и трехобъемника Model 3.
Ощутимей всего преобразился передок машины – с него исчезла имитирующая радиаторную решетку большая черная заглушка, уступившая место тонкой планке с логотипом марки, а вместо би-ксеноновой оптики появилась светодиодная. С других же ракурсов «американец» полностью сохранил свои очертания.
По своим габаритным размерам «эска» относится к европейскому классу «E»: её длина укладывается в 4976 мм, ширина – в 1963 мм, высота – в 1435 мм, а колесная база – в 2959 мм. Дорожный просвет электромобиля составляет 152 мм, однако при установке опциональной пневмоподвески его величина варьируется от 119 до 192 мм.
Внутреннее убранство Tesla Model S вызывает настоящий восторг, ведь построено оно вокруг 17-дюймовой интерактивной консоли, обосновавшейся по центру передней панели, которая заведует всеми основными функциями автомобиля. Данное решение позволило отказаться от россыпи кнопок, оставив на торпедо лишь пару классических тумблеров – открывание бардачка и включение «аварийки». Приборка представлена еще одним цветным экраном, только менее крупным, а наиболее приземленно выглядит классический многофункциональный «штурвал», по-спортивному усеченный в нижней части. Интерьер электрокара скроен премиальными материалами, объединяющими кожу, алюминий и дерево.
Спереди в калифорнийской «эске» установлены удобные и податливые кресла с отлично развитым боковым подпором и достаточным набором электрорегулировок. Задние места в машине менее гостеприимные – у дивана плоская подушка и бесформенные спинки, а покатая крыша давит на головы рослых пассажиров.
В результате рестайлинга 2016 года салон машины в плане дизайна остался прежним, однако обзавелся новыми материалами и вариантами отделки.
С практичностью у Tesla Model S полный порядок: при пятиместной компоновке объем грузового отсека составляет 745 литров, а со сложенными спинками сидений второго ряда – 1645 литров.
Дополнительный багажник есть и в передней части электромобиля, но его вместительность куда скромнее – 150 литров.
Технические характеристики. «Начинка» является главной «изюминкой» «эски», ведь в движение машина приводится асинхронным (индукционного типа) трехфазным электромотором (на полноприводных версиях их несколько) переменного тока, отдача которого зависит от модификации, сочетающимся с одноступенчатым редуктором и комплектом литий-ионных аккумуляторов в количестве от 5040 до 7104 штук.
- 60 установлен 306-сильный электрический двигатель, выдающий 430 Нм крутящего момента во всем диапазоне, который обеспечивает автомобилю разгон до первой «сотни» по истечению 5.5 секунд и 210 км/ч максимальной скорости. Батареи емкостью 60 кВт/час позволяют ему преодолевать на одной зарядке до 375 км пути.
- Для модификации с индексом «75 » предусмотрена силовая установка мощностью 320 «лошадок», отдача которой насчитывает 440 Нм пиковой тяги, питающаяся от аккумуляторов на 75 кВт/час. На стартовое ускорение до 100 км/ч у такого электрокара уходит 5.5 секунды, его «максимум» ограничен на уровне 230 км/ч, а «дальнобойность» немногим переваливает за 400 км.
- Под кузовом Tesla Model S 60D скрывается уже два электромотора суммарной мощностью 328 лошадиных сил (525 Нм вращающего момента), делающих лифтбек полноприводным. Данная версия разменивает первую «сотню» через 5.2 секунды, пиково разгоняясь до 210 км/ч, а на «одном баке» способна покрыть как минимум 351 км благодаря батареям объемом 60 кВт/час.
- «Эска» с маркировкой «75D » имеет в своем арсенале пару электродвигателей, совместно генерирующих 333 «кобылы» и 525 Нм крутящей тяги. Такие характеристики делают «зеленую» машину настоящим спорткаром: до первой «сотни» она «выстреливает» спустя 5.2 секунды, а набор скорости прекращает лишь при достижении 230 км/ч. Полностью заряженные аккумуляторы емкостью 75 кВт/час обеспечивают пятидверке приличную дальность хода – 417 км.
- Следующий по иерархии вариант Tesla Model S 90D оснащен двумя электрическими агрегатами, совокупный потенциал которых насчитывает 422 «скакуна» и 660 Нм доступного момента. На покорение второй «сотни» электромобиль устремляется через 4.4 секунды и максимально набирает 249 км/ч. Благодаря батареям на 90 кВт/час, машина преодолевает на «полном баке» 473 км пути.
- Версия с названием «100D » приводится в движение передним и задними электромоторами, которые вкупе выдают 512 «коней» и 967 Нм крутящего потенциала. Первая «сотня» такой пятидверке покоряется за 3.3 секунды, а «максималка» не превышает 250 км/ч. Батареи на 100 кВт/час обеспечивают ей «дальнобойность» в 430 км.
- «Топовое» решение Tesla Model S P100D оснащается двумя силовыми установками: задний электромотор развивает 503 лошадиных силы, а передний – 259 «кобыл» (суммарная отдача – 762 «коня» и 967 Нм пиковой тяги). Такие характеристики «катапультируют» машину с места до 100 км/ч по истечению 2.5 секунд и позволяют ей разгоняться до 250 км/ч. На полностью заряженных батареях емкостью 100 кВт/ч электрокар покрывает порядка 613 км пробега.
Для предельной зарядки литий-ионных аккумуляторов Tesla Model S от обычной бытовой сети 220В требуется больше 15 часов в зависимости от модификации. При использовании разъема стандарта NEMA 14-50 данный цикл сокращается до 6-8 часов, а на специальных станциях Supercharger (в России таких не найдешь) – до 75 минут.
Калифорнийский электромобиль построен вокруг плоского хранилища из «крылатого металла» для элементов питания, к которому присоединены алюминиевые подрамники и кузов. В снаряженном состоянии «эска» весит от 1961 до 2239 кг, а масса у нее распределяется по осям в соотношении 48:52 (у полноприводной P85D – 50:50).
«По кругу» на машине установлено независимое шасси: спереди – двойные поперечные рычаги, сзади – многорычажная компоновка. Опционально для нее доступна пневматическая подвеска.
На всех колесах Model S применены дисковые тормоза (диаметром 355 мм на передних и 365 мм на задних) с четырехпоршневыми суппортами Brembo и ABS, а ее рулевая система выражена реечным механизмом с электрическим усилителем.
Комплектации и цены.
В России Tesla Model S официально не продается, однако на «вторичном рынке» приобрести такой электрокар можно по цене от 4,5 миллионов рублей. В Германии машину можно приобрести по цене от 57 930 евро (~3.68 млн. рублей по текущему курсу), однако с учетом налогов ее стоимость возрастает до 69 020 евро (~4.39 млн. рублей).
Стандартно «американец» укомплектован восемью подушками безопасности, ксеноновыми фарами, 17-дюймовым тачскрином мультимедийной системы, цифровой панелью приборов, электропакетом, ABS, ESP, двухзонной климатической установкой, заводской аудиосистемой, светодиодными задними фонарями и многим другим оборудованием.
Легендарный электрокар Илона Маска Tesla продан уже тиражом более 253000 экземпляров. Так какой же двигатель установлен на Tesla model S?
Какого типа двигатель на Тесла?
В автомобилях Model S используют асинхронный, четырехполюсный трехфазный двигатель, с жидкостной системой охлаждения. Электродвигатель Тесла является собственной разработкой компании и не имеет аналогов.
Двигатель Tesla Model S особенности и преимущества
Двигатель Tesla по габаритам не больше баскетбольного мяча, при этом обладает достаточно большой мощностью. Благодаря своей компактности удалось освободить переднею часть под вместительный багажник. Впрочем, вес Тесла модел С все равно достигает 2027 кг из-за большого веса батарей.
Двигатель Тесла принцип работы
Работает двигатель по принципу индукции. На катушку статора подается переменный ток и за счет магнитной индукции ротор приводится в движение.
Характеристики электродвигателя Тесла
Количество оборотов в минуту достигает 16 000 что не характерно для широко известных промышленных . И скорей близко к характеристикам высокотехнологичного стоматологического оборудования. Питается двигатель постоянным током 400 В. Инвертор преобразовывает его в переменный после чего пиковое значение достигает 1400 А.
Батарея Tesla
Батарея приводящая в движение двигатель обладает емкостью 60 – 85 кВт/ч, в зависимости от комплектации автомобиля. Такую емкость двигатель автомобиля разрядит за 330 – 425 км пути. Время зарядки батареи Tesla model S от бытовой сети - 15 часов. Компания Tesla предлагает свой вариант «суперзарядки» повышенной мощности которая ускорит этот процесс, всего за час до полного заряда.
Расположение электродвигателя
Количество и расположение электродвигателей зависит от комплектации автомобиля:
Single motor – один мощный электродвигатель, расположен в задней части трансмиссии
Dual motor – данная компоновка имеет полный привод. Два менее мощные привода расположены в передней и задней части трансмиссии.
Performance dual motor – спорт версия один большой двигатель в задней части автомобиля и маленький в передней.
Напрямую сопоставить количество лошадиных сил автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и электромобиля - довольно сложная задача. Физика силовой установки электромобиля сильно отличается от ДВС. В электромобиле электричество берётся из литий-ионной батареи в результате электрохимической реакции. Далее оно следует через силовую электронику, регулирующую напряжение и силу тока, к электромагнитам в моторе, которые создают мощное магнитное поле, вращающее вал привода колеса. Мощность, требующаяся для вращения вала, имеет наибольшее сходство с традиционными измерениями лошадиных сил. Однако всё начинается с электрохимических реакций, которые происходят в аккумуляторной батарее. В зависимости от температуры, состояния заряда и возраста батареи количество извлекаемого электричества может быть очень разным.
Из-за этих факторов есть некоторая путаница в понимании методологии определения эквивалента количества лошадиных сил для наших полноприводных двухмоторных электромобилей - Model S версии «D», которую мы постараемся устранить в этом материале.
Электрические «лошадиные силы»
Измерять электрическую мощность в лошадиных силах не так просто, как кажется на первый взгляд. Вот киловатты или мегаватты - другое дело. Но одного электричества не достаточно для движения. Электродвигатель конвертирует электричество в движение. Представьте, что электроэнергия течёт подобно топливу от бака к двигателю. В различных ситуациях (низкий заряд, низкая температура и т.д.) поток электронов может уменьшиться ниже предельной производительности электродвигателя. В иных случаях потенциальный поток электронов может даже превышать максимальные возможности электродвигателя (тёплая батарея, кратковременные ускорения, и др.). Так как батарея «меняет» количество электрических лошадиных сил, то нет точного числа, которое можно было бы использовать для оценки физических способностей электромобилей. Наиболее приближенная к правде оценка - это мощность на валу электромотора, когда он работает один. Фактически, по закону Евросоюза только эта мощность мотора (одного или двух) и должна быть заявлена в характеристиках электромобиля.
Один или два мотора (P85 или P85D)
Мощность на валу заднеприводного одномоторного Model S около 360-470 л.с. в зависимости от варианта (60, 85 или P85). Кроме того, аналогично, но чуть иначе отличаются мощности «электрических сил» батарей на выходе. Разница наиболее заметна для водителя при очень низком заряде батареи. В этом состоянии химические реакции выделяют меньше электричества и меньший эквивалент лошадиных сил, даже если мощность электродвигателя не изменилась. Но максимальный крутящий момент электромотора(ов) может почти не меняться даже при том, что максимальная мощность на валу уменьшается по мере снижения мощности батареи.
Когда мы запускали полноприводный P85D, мы использовали прямой подход к определению комбинированной способности двух электромоторов, переднего + заднего. Крутящий момент от двух электромоторов объединяется, в результате чего получаем огромный прирост в ускорении, которое вы чувствуете в P85D. Благодаря именно этому «безумный» режим (англ. «insane mode») так восхитителен. Электромобиль «взлетает» немного быстрее, чем ускорение свободного падения и составляет удивительные 3.1 секунды при разгоне до 96.6 км/ч. Такое ускорение было подтверждено журналом Motor Trend на базовой версии с водителем среднего веса. Нужно отметить, что более крупный водитель или дополнительные опции, увеличивающие вес, могут уменьшить ускорение. Кроме того, стандарты Motor Trend исключают первые 28 сантиметра старта. Включение этого участка в подсчёт добавит приблизительно 0.2 секунды к ускорению.
Tesla Model S P85D режим Insane
Одно замечание - с увеличением высоты характеристики двигателей внутреннего сгорания (ДВС) снижаются, в то время как электромобили, фактически, становятся быстрее. Для всех автомобилей с увеличением высоты одинаково снижается сопротивление воздуха, но чем выше находится автомобиль с ДВС, тем больше ему не хватает кислорода. Тест от Motor Trend был сделан приблизительно на уровне моря, соответственно при увеличении высоты Model S начнёт выигрывать у автомобиля с ДВС с аналогичными характеристиками.
С лошадиными силами двух двигателей ситуация не всегда так же проста, как сумма переднего и заднего. Поскольку мы поднимали суммарные лошадиные силы двух моторов выше и выше, в итоге всё чаще эта мощность моторов бывает выше, чем «химическая» мощность батареи в лошадиных силах.
Кроме того, система полного привода у двухмоторных машин Тесла распределяет доступную электрическую мощность так, чтобы увеличить максимальный крутящий момент (и мощность) в зависимости от дорожных условий и развесовки электромобиля. Например во время резкого старта вес переносится на заднюю ось. Передний электромотор должен уменьшить крутящий момент и мощность, чтобы не дать передним колёсам пробуксовывать, а в это время «освободившаяся» энергия будет питать задний электродвигатель, где это действительно нужно в этот момент. Противоположное происходит при торможении, когда передний мотор может принять больше рекуперативного тормозного момента.
Полный привод 85D и 70D
Некоторая путаница существует и в том, что в электромобилях 85D и 70D комбинированная мощность моторов очень близка к мощности батарей в нормальных условиях. А в случае с 85D мощность двух моторов в сумме может превышать доступную мощность батареи. Оба мотора потребляют мощность батареи в самых разнообразных условиях реального мира. Но истинные меры для водителя электромобиля - это время ускорения и ходовые качества.
JB Straubel, технический директор
В схеме электромобиля Теслы то, что принимают за приемник (черный ящик и два стержня за спиной у водителя) очевидно, является передатчиком. Используется два излучателя. Для получения трех нот. Тесла любил число 3. Кроме самого главного электродвигателя на автомобиле должен был присутствовать аккумулятор и стартер. При включении стартера вместе с Эл. Двигателем последний превращается в генератор, который питает два пульсирующих излучателя. ВЧ колебания излучателей поддерживают движение электродвигателя. Электродвигатель, таким образом, может одновременно являться и источником вращения колес автомобиля и генератором, питающим ВЧ излучатели.
Традиционное толкование рассматривает два стержня в качестве приемников каких-то космических лучей. Потом к ним цепляют какие то усилители (без питания!) чтобы они снабжали электричеством ЭЛ. Двигатель.
На самом деле ЭЛ. Двигатель не потребляет никакого тока.
В 20-е годы Маркони демонстрировал Муссолини и его жене как он на расстоянии несколько сотен метров может остановить движение транспортной колонны с помощью ВЧ ЭМ излучения.
Тот же самый эффект может быть использован с обратным знаком по отношению к электродвигателям.
Остановка вызывается диссонирующим излучением. Движение вызывается через резонирующее изучение. Очевидно, что эффект показанный Маркони работает с бензиновыми двигателями, поскольку у них есть электрогенератор, питающий свечи зажигания. Дизельные двигатели к подобному воздействию гораздо менее восприимчивы.
Движущей силой электродвигателя Теслы являлся не электрический ток, какого бы происхождения он не был, космического или какого-то еще, а резонансные высокочастотные колебания в среде, в эфире, вызывающие в электродвигателе движущую силу. Не на атомарном уровне, как у Дж. Кили а на уровне колебательного контура Эл. Двигателя.
Таким образом, можно изобразить следующую концептуальную схему работы Эл. Двигателя на электромобиле Теслы.
Аккумулятор запускает стартер. Эл. Двигатель приходит в движение и начинает работать как Эл. Генератор. Питание поступает на два независимых генератора высокочастотных ЭМ импульсов, настроенных по рассчитываемой формуле в резонанс с колебательным контуром Эл. Двигателя. Независимые колебания ЭМ генераторов настроены в гармоничном аккорде. Через несколько секунд после запуска стартер отключается, аккумулятор отключается. Высокочастотные ЭМ импульсы 2х генераторов развивают мощность в ЭЛ двигателе, который поет в резонансе с ВЧ генераторами, движет автомобиль, сам работает как электрогенератор, питающий ВЧ излучатели и никакого тока не потребляет.
Принцип работы электроавтомобиля Теслы
Согласно закону причинно следственных связей, если второе вытекает из первого, то и первое может вытекать из второго. В физике это принцип обратимости всех процессов.
Например, известны явления возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. Это называется "прямой пьезоэлектрический эффект". В тоже время характерно и обратное - возникновения механических деформаций под действием электрического поля - "обратный пьезоэлектрический эффект". Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах - пьезоэлектриках.
Другой пример с термоэлементами. Если места контактов термоэлемента поддерживать при различных температурах, то в цепи возникает эдс (термоэдс), а при замыкании цепи - электрический ток. Если же через термоэлемент пропускать ток от постороннего источника, то на одном из его контактов происходит поглощение, а на другом - выделение тепла.
При обычной организации процесса, всякий электродвигатель потребляет ток и производит колебательные возмущения в окружающей среде, в эфире. То что называется индуктивность. Эти неизбежные возмущения среды обычно никак не используются. На них принято не обращать внимания, пока они никому не мешают. Между тем, следует понимать, что затраты энергии, питание, которое необходимо электродвигателю, как раз и вызываются тем, что электродвигатель работает не в абсолютной пустоте, а в среде и что на создание колебательных возмущений в среде как раз и расходуется подавляющая часть энергии питающей электродвигатель. Тех самых колебательных возмущений, на которые принято закрывать глаза.
Здесь заключается самый важный момент. Его необходимо подчеркнуть. Потери энергии при работе всякого электродвигателя связаны не с трением ротора, не с сопротивлением воздуха, а с потерями индуктивности, т.е. с "вязкостью" эфира по отношению к вращающимся электромагнитным частям двигателя. Неподвижный (относительно) эфир раскручивается электродвигателем, в нем возникают концентрические волны расходящиеся во все стороны. При работе электродвигателя эти потери составляют более 90% от всех его потерь.
СХЕМА ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ОБЫЧНОМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕ
Что сделал Тесла. Тесла понял, что электродвигатель, который неизбежно "гонит волны" в эфире не самое оптимальное устройство для этой цели. Понятно, что колебания в 30 Гц (1800 об./мин.) не сильно гармонируют с частотами, которые легко поддерживаются средой. 30 Гц. слишком низкая частота, для получения резонанса в такой среде как эфир.
Ввиду понимания Теслой изложенного, решение не представляло технической сложности. Он буквально на коленях, в номере гостиницы, собрал ВЧ генератор, устройство, которое "поднимает волну" в пространстве где работает электродвигатель. (Генератор ВЧ, а не низкочастотный просто, потому что низкочастотный не позволил бы создать стоячую волну через резонанс. Так как рассеивание волн опережало бы импульсы генератора). Частота ВЧ генератора должна была быть в кратном резонансе с частотой электродвигателя. Например если частота двигателя 30 Гц, то частота генератора может быть 30 МГц. Таким образом ВЧ генератор является как бы посредником между средой и двигателем.
ВЧ генератору, который в резонансе с эфиром, для нормальной работы требуется минимум энергии. Той энергии, которой его снабжает электродвигатель ему хватает с избытком. Электродвигатель же использует не энергию ВЧ генератора, а энергию резонансно накачанной стоячей волны в Эфире.
Естественно, что такой электродвигатель будет еще и охлаждаться. Двигатель требующий питания нагревается от сопротивления среды, которую ему приходится раскручивать. Здесь же среду раскручивать не надо. Наоборот сама среда раскручивает двигаель, из которого, как следствие, истекает ток. Никакого колдовства и мистики в этом нет. Всего лишь разуманя организация процесса.
Фаза всасывания и рассеивания. На фазе всасывания конденсаторы заряжаются. На фазе рассевания отдают в цепь, компенсируя потери. Таким образом, КПД не 90% а возможно 99%. Возможно ли увеличив количество конденсаторов получить больше чем 99%? По видимому нет. Мы не можем собрать на фазе рассеивания больше, чем двигатель отдает. Поэтому дело не в количестве емкостей, а в расчете оптимальной емкости.
Пьезоэлектричество (от греч. piezo - давлю и электричество), явления возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) и возникновения механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах - пьезоэлектриках.
Кварцевый генератор, маломощный генератор электрических колебаний высокой частоты, в котором роль резонансного контура играет кварцевый резонатор - пластинка, кольцо или брусок, вырезанные определённым образом из кристалла кварца. При деформации кварцевой пластинки на её поверхностях появляются электрические заряды, величина и знак которых зависят от величины и направления деформации. В свою очередь, появление на поверхности пластины электрических зарядов вызывает её механическую деформацию (см. Пьезоэлектричество). В результате этого механические колебания кварцевой пластины сопровождаются синхронными с ними колебаниями электрического заряда на её поверхности и наоборот. К. г. характеризуются высокой стабильностью частоты генерируемых колебаний: Dn/n, где Dn - отклонение (уход) частоты от её номинального значения n составляет для небольших промежутков времени 10-3-10-5%, что обусловлено высокой добротностью (104-105) кварцевого резонатора (добротность обычного колебательного контура ~ 102).
Частота колебаний К. г. (от нескольких кГц до нескольких десятков МГц) зависит от размеров кварцевого резонатора, упругости и пьезоэлектрической постоянных кварца, а также от того, как вырезан резонатор из кристалла. Например, для Х - среза кристалла кварца частота (в МГц) n=2,86/d, где d - толщина пластинки в мм.
Мощность К. г. не превышает нескольких десятков Вт. При более высокой мощности кварцевый резонатор разрушается под влиянием возникающих в нём механических напряжений.
К. г. с последующим преобразованием частоты колебаний (делением или умножением частоты) используются для измерения времени (кварцевые часы, квантовые часы) и в качестве стандартов частоты.
Естественная Анизотропия . - наиболее характерная особенность кристаллов. Именно потому, что скорости роста кристаллов в разных направлениях различны, кристаллы вырастают в виде правильных многогранников: шестиугольные призмы кварца, кубики каменной соли, восьмиугольные кристаллы алмаза, разнообразные, но всегда шестиугольные звёздочки снежинок Резонанс (франц. resonance, от лат. resono - звучу в ответ, откликаюсь), явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний в какой-либо колебательной системе, наступающее при приближении частоты периодического внешнего воздействия к некоторым значениям, определяемым свойствами самой системы. В простейших случаях Р. наступает при приближении частоты внешнего воздействия к одной из тех частот, с которыми происходят собственные колебания в системе, возникающие в результате начального толчка. Характер явления Р. существенно зависит от свойств колебательной системы.
Наиболее просто Р. протекает в тех случаях, когда периодическому воздействию подвергается система с параметрами, не зависящими от состояния самой системы (т. н. линейные системы). Типичные черты Р. можно выяснить, рассматривая случай гармонического воздействия на систему с одной степенью свободы: например, на массу m, подвешенную на пружине, находящуюся под действием гармонической силы F = F0 coswt, или электрическую цепь, состоящую из последовательно соединённых индуктивности L, ёмкости С, сопротивления R и источника электродвижущей силы Е, меняющейся по гармоническому закону. Для определенности в дальнейшем рассматривается первая из этих моделей, но всё сказанное ниже можно распространить и на вторую модель. Примем, что пружина подчиняется закону Гука (это предположение необходимо, чтобы система была линейна), т. е., что сила, действующая со стороны пружины на массу m, равна kx, где х - смещение массы от положения равновесия, k - коэффициент упругости (сила тяжести для простоты не принимается во внимание). Далее, пусть при движении масса испытывает со стороны окружающей среды сопротивление, пропорциональное её скорости и коэффициенту трения b, т. е. равное k (это необходимо, чтобы система оставалась линейной). Тогда уравнение движения массы m при наличии гармонической внешней силы F имеет вид: Если на линейную систему действует периодическое, но не гармоническое внешнее воздействие, то Р. наступит только тогда, когда во внешнем воздействии содержатся гармонические составляющие с частотой, близкой к собственной частоте системы. При этом для каждой отдельной составляющей явление будет протекать так же, как рассмотрено выше. А если этих гармонических составляющих с частотами, близкими к собственной частоте системы, будет несколько, то каждая из них будет вызывать резонансные явления, и общий эффект, согласно суперпозиции принципу, будет равен сумме эффектов от отдельных гармонических воздействий.
Если же во внешнем воздействии не содержится гармонических составляющих с частотами, близкими к собственной частоте системы, то Р. вообще не наступает. Т. о., линейная система отзывается, «резонирует» только на гармонические внешние воздействия. В электрических колебательных системах, состоящих из последовательно соединённых ёмкости С и индуктивности L, Р. состоит в том, что при приближении частот внешней эдс к собственной частоте колебательной системы, амплитуды эдс на катушке и напряжения на конденсаторе порознь оказываются гораздо больше амплитуды эдс, создаваемой источником, однако они равны по величине и противоположны по фазе. В случае воздействия гармонической эдс на цепь, состоящую из параллельно включенных ёмкости и индуктивности, имеет место особый случай Р. (антирезонанс). При приближении частоты внешней эдс к собственной частоте контура LC происходит не возрастание амплитуды вынужденных колебаний в контуре, а наоборот, резкое уменьшение амплитуды силы тока во внешней цепи, питающей контур. В электротехнике это явление называется Р. токов или параллельным Р. Это явление объясняется тем, что при частоте внешнего воздействия, близкой к собственной частоте контура, реактивные сопротивления обеих параллельных ветвей (ёмкостной и индуктивной) оказываются одинаковыми по величине и поэтому в обеих ветвях контура текут токи примерно одинаковой амплитуды, но почти противоположные по фазе. Вследствие этого амплитуда тока во внешней цепи (равного алгебраической сумме токов в отдельных ветвях) оказывается гораздо меньшей, чем амплитуды тока в отдельных ветвях, которые при параллельном Р. достигают наибольшей величины. Параллельный Р., так же как и последовательный Р., выражается тем резче, чем меньше активное сопротивление ветвей контура Р. Последовательный и параллельный Р. называются соответственно Р. напряжений и Р. токов. В линейной системе с двумя степенями свободы, в частности в двух связанных системах (например, в двух связанных электрических контурах), явление Р. сохраняет указанные выше основные черты. Однако, т. к. в системе с двумя степенями свободы собственные колебания могут происходить с двумя различными частотами (т. н. нормальные частоты, см. Нормальные колебания), то Р. наступает при совпадении частоты гармонического внешнего воздействия как с одной, так и с другой нормальной частотой системы. Поэтому, если нормальные частоты системы не очень близки друг к другу, то при плавном изменении частоты внешнего воздействия наблюдаются два максимума амплитуды вынужденных колебаний. Но если нормальные частоты системы близки друг к другу и затухание в системе достаточно велико, так что Р. на каждой из нормальных частот «тупой», то может случиться, что оба максимума сольются. В этом случае кривая Р. для системы с двумя степенями свободы теряет свой «двугорбый» характер и по внешнему виду лишь незначительно отличается от кривой Р. для линейного контура с одной степенью свободы.
Т. о., в системе с двумя степенями свободы форма кривой Р. зависит не только от затухания контура (как в случае системы с одной степенью свободы), но и от степени связи между контурами. Р. весьма часто наблюдается в природе и играет огромную роль в технике. Большинство сооружений и машин способны совершать собственные колебания, поэтому периодические внешние воздействия могут вызвать их Р.; например Р. моста под действием периодических толчков при прохождении поезда по стыкам рельсов, Р. фундамента сооружения или самой машины под действием не вполне уравновешенных вращающихся частей машин и т. д. Известны случаи, когда целые корабли входили в Р. при определённых числах оборотов гребного вала.
Во всех случаях Р. приводит к резкому увеличению амплитуды вынужденных колебаний всей конструкции и может привести даже к разрушению сооружения. Это вредная роль Р., и для устранения его подбирают свойства системы так, чтобы её нормальные частоты были далеки от возможных частот внешнего воздействия, либо используют в том или ином виде явление антирезонанса (применяют т. н. поглотители колебаний, или успокоители).
В др. случаях Р. играет положительную роль, например: в радиотехнике Р. - почти единственный метод, позволяющий отделить сигналы одной (нужной) радиостанции от сигналов всех остальных (мешающих) станций. Нужно подобрать емкость так, чтобы пошло смещение по фазе. Противофаза это аспект оппозиции. Совпадение - это аспект соединения. Соединения дает бросок, но и равное падение. Возможно, что максимальное содействие получается, когда работает аспект тригона. Это смещение по фазе не на 180%, а на 120%. Емкость должна быть рассчитана так, чтобы она давала смещение по фазе в 120%, возможно, что это даже лучше, чем соединение. Может именно поэтому, Тесла любил число 3. Потому что использовал тригональный резонанс. Тригональный резонанс, в отличие от резонанса соединения должен быть более мягкий (не деструктивный) и более стабильный, более живучий. Тригональный резонанс должен держать мощность и не идти в разнос. ВЧ резонанс создает накачку стоячей волны вокруг передатчика. Поддержание резонанса в эфире не требует большой мощности. В тоже время образовавшаяся стоячая волна может обладать огромной мощностью для совершения полезной работы. Этой мощности хватит и на поддержание работы генератора и на поддержание гораздо более мощных устройств