Įtampos rezonansas
Jei kintamosios srovės grandinė prijungta nuosekliai induktorius ir kondensatorius, tada jie savaip veikia generatorių, maitinantį grandinę, ir fazių jungtis tarp srovės ir įtampos.
Induktorius įveda fazės poslinkį, kai srovė atsilieka nuo įtampos ketvirtadaliu periodo, o kondensatorius, priešingai, įtampa grandinėje atsilieka nuo srovės ketvirtadaliu periodo. Taigi, indukcinės varžos poveikis fazės poslinkiui tarp srovės ir įtampos grandinėje yra priešingas talpinės varžos poveikiui.
Tai lemia tai, kad bendras fazės poslinkis tarp srovės ir įtampos grandinėje priklauso nuo indukcinės ir talpinės varžos verčių santykio.
Jei grandinės talpinės varžos vertė yra didesnė už indukcinę, tada grandinė yra talpinio pobūdžio, tai yra, įtampa fazėje atsilieka nuo srovės. Jei, priešingai, grandinės indukcinė varža yra didesnė už talpinę, tai įtampa veda srovę, todėl grandinė yra indukcinė.
Bendra mūsų nagrinėjamos grandinės reaktyvinė varža Xtot nustatoma pridedant ritės XL indukcinę varžą ir kondensatoriaus XC talpinę varžą.
Bet kadangi šių varžų veikimas grandinėje yra priešingas, tada vienam iš jų, būtent Xc, priskiriamas minuso ženklas, o bendra reaktyvumas nustatoma pagal formulę:
Taikyti šiai grandinei Omo dėsnis, mes gauname:
Šią formulę galima transformuoti taip:
Gautoje lygtyje AzxL - visos grandinės įtampos komponento, kuris įveiks grandinės indukcinę varžą, efektyvioji vertė, o AzNSC - visos grandinės įtampos komponento efektyvioji vertė, kuri įveikti talpinį pasipriešinimą.
Taigi, visa grandinės, susidedančios iš ritės ir kondensatoriaus nuoseklaus sujungimo, įtampa gali būti laikoma sudaryta iš dviejų dalių, kurių reikšmės priklauso nuo indukcinės ir talpinės varžos verčių. grandinė.
Tikėjome, kad tokia grandinė neturi aktyvios varžos. Tačiau tais atvejais, kai grandinės aktyvioji varža nebėra tokia maža, kad būtų nereikšminga, bendra grandinės varža nustatoma pagal šią formulę:
kur R yra bendra aktyvioji grandinės varža, XL -NSC – jos bendra reaktyvumas. Pereinant prie Ohmo dėsnio formulės, turime teisę rašyti:
Kintamosios srovės įtampos rezonansas
Indukcinės ir talpinės varžos, sujungtos nuosekliai, sukelia mažesnį fazių poslinkį tarp srovės ir įtampos kintamosios srovės grandinėje, nei tuo atveju, jei jos būtų įtrauktos į grandinę atskirai.
Kitaip tariant, vienu metu veikiant šioms dviem skirtingo pobūdžio reakcijoms grandinėje, atsiranda fazių poslinkio kompensavimas (abipusis sunaikinimas).
Visa kompensacija, t. Visiškas fazės poslinkis tarp srovės ir įtampos tokioje grandinėje įvyks, kai indukcinė varža yra lygi grandinės talpinei varžai, ty kai XL = XC arba, kas yra tas pats, kai ωL = 1 / ωC.
Tokiu atveju grandinė elgsis kaip grynai aktyvi varža, tai yra, tarsi ji neturėtų nei ritės, nei kondensatoriaus. Šios varžos vertė nustatoma pagal ritės ir jungiamųjų laidų aktyviųjų varžų sumą. Kuriame efektyvi srovė grandinėje bus didžiausia ir nustatoma pagal Ohmo dėsnio formulę I = U / R, kur Z dabar pakeistas R.
Tuo pačiu metu įtampa, veikianti ritę UL = AzxL ir kondensatorių Uc = AzNSCC, bus vienoda ir bus kuo didesnė. Esant mažai aktyviajai grandinės varžai, šios įtampos gali daug kartų viršyti bendrą grandinės gnybtų įtampą U. Šis įdomus reiškinys elektrotechnikoje vadinamas įtampos rezonansu.
Fig. 1 parodytos įtampų, srovių ir galios kreivės esant rezonansinei įtampai grandinėje.
Įtampos srovės ir galios esant įtampos rezonansui grafikas
Reikėtų nepamiršti, kad varžos XL ir C yra kintamieji, kurie priklauso nuo srovės dažnio ir verta bent šiek tiek pakeisti jos dažnį, pvz., padidinti, nes XL = ωL padidės, o XSC = = 1 / ωC sumažės ir taip iš karto bus sutrikdytas įtampos rezonansas grandinėje, o kartu su aktyvia varža grandinėje atsiras reaktyvumas. Tas pats atsitiks, jei pakeisite grandinės induktyvumo arba talpos vertę.
Esant įtampos rezonansui, srovės šaltinio galia bus naudojama tik norint įveikti aktyviąją grandinės varžą, tai yra, šildyti laidus.
Iš tikrųjų grandinėje su viena indukcine rite atsiranda energijos svyravimai, t.y. periodiškas energijos perdavimas iš generatoriaus į magnetinis laukas ritės. Grandinėje su kondensatoriumi vyksta tas pats, bet dėl kondensatoriaus elektrinio lauko energijos. Grandinėje su kondensatoriumi ir induktoriumi esant įtampos rezonansui (ХL = XС) grandinėje sukaupta energija periodiškai pereina iš ritės į kondensatorių ir atvirkščiai, ir tik energijos suvartojimas, reikalingas aktyviajai varžai įveikti. grandinė patenka į srovės šaltinio dalį. Todėl energijos mainai tarp kondensatoriaus ir ritės vyksta beveik nedalyvaujant generatoriui.
Tereikia pagal vertę sulaužyti įtampos rezonansą, kaip ritės magnetinio lauko energija tampa nelygi kondensatoriaus elektrinio lauko energijai, o vykstant energijos mainams tarp šių laukų susidarys energijos perteklius. pasirodo, kuris periodiškai ištekės iš grandinės šaltinio, tada grąžins jį atgal į grandinę.
Šis reiškinys labai panašus į tai, kas vyksta laikrodžio mechanizme. Laikrodžio švytuoklė galėtų nuolat svyruoti be spyruoklės (arba svorio laikrodžio vaikštyne) pagalbos, jei ne trinties jėgos, lėtinančios jo judėjimą.
Spyruoklė, reikiamu momentu perduodama dalį savo energijos švytuoklei, padeda jai įveikti trinties jėgas ir taip pasiekti svyravimo tęstinumą.
Panašiai ir elektros grandinėje, kai joje atsiranda rezonansas, srovės šaltinis eikvoja savo energiją tik tam, kad įveiktų aktyviąją grandinės varžą, taip padėdamas joje vykstančiam virpesių procesui.
Taip darome išvadą, kad kintamosios srovės grandinė, susidedanti iš generatoriaus ir nuosekliai sujungto induktoriaus bei kondensatoriaus, esant tam tikroms sąlygoms XL = XС tampa svyruojančia sistema... Ši grandinė buvo pavadinta svyruojančia grandine.
Iš lygties XL = XС galima nustatyti generatoriaus, kuriame atsiranda įtampos rezonanso reiškinys, dažnio reikšmes:
Grandinės, kurioje atsiranda įtampos rezonansas, talpa ir induktyvumas:
Taigi, pakeitus bet kurį iš šių trijų dydžių (eres, L ir C), grandinėje galima sukelti įtampos rezonansą, tai yra paversti grandinę svyruojančia grandine.
Naudingo įtampos rezonanso taikymo pavyzdys: Imtuvo įvesties grandinė reguliuojama kintamu kondensatoriumi (arba variometru) taip, kad joje atsirastų įtampos rezonansas. Taip pasiekiamas didelis ritės įtampos, reikalingos normaliam imtuvo veikimui, padidėjimas, lyginant su antenos sukuriama grandinės įtampa.
Kartu su naudingu įtampos rezonanso reiškinio panaudojimu elektrotechnikoje dažnai pasitaiko atvejų, kai įtampos rezonansas yra žalingas Didelis įtampos padidėjimas atskirose grandinės atkarpose (ant ritės arba ant kondensatoriaus), palyginti su įtampa. generatorius gali sugadinti atskiras dalis ir matavimo prietaisus.