Įtampos rezonanso ir srovės rezonanso taikymas

Induktyvumo L, talpos C ir varžos R virpesių grandinėje laisvieji elektriniai virpesiai linkę susilpnėti. Kad svyravimai neslopintų, būtina periodiškai papildyti grandinę energija, tada atsiras priverstiniai svyravimai, kurie nesusilpnės, nes išorinis kintamasis EMF jau palaikys grandinės virpesius.

Jeigu virpesius palaiko išorinio harmoninio EML šaltinis, kurio dažnis f yra labai artimas virpesių grandinės F rezonansiniam dažniui, tai elektrinių virpesių U amplitudė grandinėje smarkiai padidės, t.y. elektrinio rezonanso reiškinys.

Kintamosios srovės grandinės talpa

Pirmiausia panagrinėkime kondensatoriaus C elgseną kintamosios srovės grandinėje.Jei prie generatoriaus prijungtas kondensatorius C, kurio gnybtuose esanti įtampa U keičiasi pagal harmonikos dėsnį, tai kondensatoriaus plokščių įkrova pradės keistis pagal harmonikos dėsnį, panašiai kaip srovė I grandinėje. . Kuo didesnė kondensatoriaus talpa ir kuo didesnis jam taikomo harmoninio emf dažnis f, tuo didesnė srovė I.

Šis faktas yra susijęs su idėja apie vadinamąjį Kondensatoriaus XC talpa, kurią jis įveda į kintamosios srovės grandinę, ribodamas srovę, panašiai kaip aktyvioji varža R, tačiau, palyginti su aktyvia varža, kondensatorius neišsklaido energijos šilumos pavidalu.

Jei aktyvioji varža išsklaido energiją ir taip apriboja srovę, tai kondensatorius riboja srovę vien todėl, kad nespėja sukaupti daugiau krūvio, nei generatorius gali duoti per ketvirtį, be to, kitą ketvirtį periodo kondensatorius išleidžia energiją, sukauptą savo dielektriko elektriniame lauke, atgal į generatorių, tai yra, nors srovė yra ribota, energija neišsisklaido (neatsižvelgsime į nuostolius laiduose ir dielektrike).

AC induktyvumas

Dabar apsvarstykite induktyvumo L elgesį kintamosios srovės grandinėje.Jei vietoj kondensatoriaus prie generatoriaus prijungiama induktyvumo L ritė, tada, kai iš generatoriaus į ritės gnybtus tiekiamas sinusinis (harmoninis) EMF, pradės pasirodyti savaiminės indukcijos EML, nes kai kinta srovė per induktyvumą, didėjantis ritės magnetinis laukas linkęs neleisti srovei didėti (Lenco dėsnis), tai yra, atrodo, kad ritė į kintamosios srovės grandinę įveda indukcinę varžą XL – be laido. pasipriešinimas R.

Kuo didesnis tam tikros ritės induktyvumas ir kuo didesnis generatoriaus srovės dažnis F, tuo didesnė indukcinė varža XL ir mažesnė srovė I, nes srovė tiesiog nespėja nusistovėti, nes savaiminio induktyvumo EMF ritė jam trukdo. O kas ketvirtį periodo ritės magnetiniame lauke sukaupta energija grąžinama į generatorių (praradimus laiduose kol kas nepaisysime).

Varža, atsižvelgiant į R

Bet kurioje tikroje virpesių grandinėje induktyvumas L, talpa C ir aktyvioji varža R yra sujungti nuosekliai.

Kiekviename šaltinio harmoninio EML laikotarpio ketvirtyje induktyvumas ir talpa veikia srovę priešingai: kondensatoriaus plokštelėse įkrovimo metu įtampa didėja, nors srovė mažėja, o didėjant srovei per induktyvumą, srovė, nors ir patiria indukcinį pasipriešinimą, bet didėja ir išlieka.

Ir iškrovimo metu: kondensatoriaus iškrovimo srovė iš pradžių yra didelė, jo plokščių įtampa linkusi sukurti didelę srovę, o induktyvumas neleidžia srovei didėti, o kuo didesnis induktyvumas, tuo mažesnė iškrovos srovė. Šiuo atveju aktyvioji varža R sukelia grynai aktyvius nuostolius. Tai yra, nuosekliai sujungtų L, C ir R varža Z, esant šaltinio dažniui f, bus lygi:

Omo dėsnis kintamajai srovei

Iš Ohmo kintamosios srovės dėsnio akivaizdu, kad priverstinių virpesių amplitudė yra proporcinga EML amplitudei ir priklauso nuo dažnio. Bendra grandinės varža bus mažiausia, o srovės amplitudė – didžiausia, su sąlyga, kad tam tikru dažniu indukcinė varža ir talpa bus lygios viena kitai, tokiu atveju atsiras rezonansas. Iš čia taip pat gaunama virpesių grandinės rezonansinio dažnio formulė:

Įtampos rezonansas

Kai EMF šaltinis, talpa, induktyvumas ir varža yra sujungti nuosekliai vienas su kitu, tada rezonansas tokioje grandinėje vadinamas nuosekliuoju rezonansu arba įtampos rezonansu. Būdingas įtampos rezonanso bruožas yra didelė talpos ir induktyvumo įtampa, palyginti su šaltinio EMF.

Tokio paveikslo atsiradimo priežastis yra akivaizdi. Ant aktyviosios varžos pagal Ohmo dėsnį bus įtampa Ur, ant talpos Uc, ant induktyvumo Ul, o padarę Uc ir Ur santykį, galime rasti kokybės koeficiento Q reikšmę.Talpos įtampa bus Q kartų didesnė už šaltinio EMF, ta pati įtampa bus taikoma induktyvumui.

Tai reiškia, kad dėl įtampos rezonanso reaktyviųjų elementų įtampa padidėja Q koeficientu, o rezonansinę srovę ribos šaltinio EMF, jo vidinė varža ir grandinės R aktyvioji varža. , nuoseklios grandinės varža esant rezonansiniam dažniui yra minimali.

Taikykite įtampos rezonansą

Įtampos rezonanso reiškinys naudojamas įvairių tipų elektriniai filtraiPavyzdžiui, jei reikia iš siunčiamo signalo pašalinti tam tikro dažnio srovės dedamąją, tai nuosekliai sujungto kondensatoriaus ir induktoriaus grandinė dedama lygiagrečiai su imtuvu, kad šio rezonansinio dažnio srovė LC grandinė būtų uždaryta per ją ir jie nepasieks imtuvo.

Tada srovės, kurių dažnis yra toli nuo LC grandinės rezonansinio dažnio, netrukdomai pateks į apkrovą, ir tik srovės, artimos dažniui rezonansui, ras trumpiausią kelią per LC grandinę.

Arba atvirkščiai. Jei reikia praleisti tik tam tikro dažnio srovę, tada LC grandinė yra nuosekliai sujungta su imtuvu, tada signalo komponentai, esantys grandinės rezonanso dažniu, pereis į apkrovą beveik be nuostolių, o dažniai. toli nuo rezonanso bus ženkliai susilpnėję ir galime teigti, kad apkrovos jie visai nepasieks. Šis principas taikomas radijo imtuvams, kuriuose derinama svyruojanti grandinė yra suderinta priimti griežtai apibrėžtą norimos radijo stoties dažnį.

Apskritai įtampos rezonansas elektrotechnikoje yra nepageidautinas reiškinys, nes sukelia viršįtampą ir įrangos gedimus.

Paprastas pavyzdys – ilga kabelinė linija, kuri kažkodėl pasirodė neprijungta prie apkrovos, bet tuo pat metu maitinama tarpiniu transformatoriumi. Tokia linija su paskirstyta talpa ir induktyvumu, jei jos rezonansinis dažnis sutampa su maitinimo tinklo dažniu, tiesiog nutrūks ir suges. Kad kabelis nepažeistų dėl atsitiktinės rezonansinės įtampos, taikoma papildoma apkrova.

Tačiau kartais įtampos rezonansas patenka į mūsų rankas, o ne tik radijo imtuvus. Pavyzdžiui, pasitaiko, kad kaimo vietovėse neprognozuojamai nukrito įtampa tinkle ir mašinai reikia bent 220 voltų įtampos. Šiuo atveju gelbsti įtampos rezonanso reiškinys.

Pakanka įtraukti kelis kondensatorius vienoje fazėje nuosekliai su mašina (jei pavara joje yra asinchroninis variklis), ir taip padidės įtampa ant statoriaus apvijų.

Čia svarbu pasirinkti tinkamą kondensatorių skaičių, kad jie tiksliai kompensuotų įtampos kritimą tinkle savo talpine varža kartu su apvijų indukcine varža, tai yra, šiek tiek priartėję prie grandinės iki rezonanso, galite padidinti įtampos kritimas net esant apkrovai.

Srovių rezonansas

Kai EMF šaltinis, talpa, induktyvumas ir varža yra sujungti lygiagrečiai vienas su kitu, tada rezonansas tokioje grandinėje vadinamas lygiagrečiu rezonansu arba srovės rezonansu.Būdingas srovės rezonanso bruožas yra reikšmingos srovės per talpą ir induktyvumą, palyginti su šaltinio srove.

Tokio paveikslo atsiradimo priežastis yra akivaizdi. Srovė per aktyviąją varžą pagal Ohmo dėsnį bus lygi U / R, per talpą U / XC, per induktyvumą U / XL ir sudarę IL ir I santykį, galite rasti kokybės koeficiento reikšmę. Q. Srovė per induktyvumą bus Q kartų didesnė už šaltinio srovę, ta pati srovė tekės kas pusę periodo į kondensatorių ir iš jo.

Tai reiškia, kad dėl srovių rezonanso srovė per reaktyvius elementus padidėja Q koeficientu, o rezonansinį EMF ribos šaltinio emf, jo vidinė varža ir grandinės R aktyvioji varža. Taigi, esant rezonanso dažniui, lygiagrečios virpesių grandinės varža yra didžiausia.

Rezonansinių srovių taikymas

Kaip ir įtampos rezonansas, srovės rezonansas naudojamas įvairiuose filtruose. Bet prijungta prie grandinės, lygiagreti grandinė veikia priešingai nei nuoseklioji: lygiagrečiai su apkrova sumontuota lygiagreti virpesių grandinė leis grandinės rezonansinio dažnio srovei pereiti į apkrovą. , nes pačios grandinės varža savo rezonansiniu dažniu yra didžiausia.

Sumontuota nuosekliai su apkrova, lygiagreti svyruojanti grandinė neperduos rezonansinio dažnio signalo, nes visa įtampa kris ant grandinės, o apkrova turės nedidelę dalį rezonansinio dažnio signalo.

Taigi pagrindinis srovės rezonanso pritaikymas radijo inžinerijoje yra didelės varžos tam tikro dažnio srovei sukūrimas vamzdiniuose generatoriuose ir aukšto dažnio stiprintuvuose.

Elektros inžinerijoje srovės rezonansas naudojamas norint pasiekti didelį apkrovų galios koeficientą su reikšmingais indukciniais ir talpiniais komponentais.

Pavyzdžiui, reaktyviosios galios kompensavimo įrenginiai (KRM) yra kondensatoriai, sujungti lygiagrečiai su asinchroninių variklių ir transformatorių apvijomis, veikiančiomis žemesnėje nei vardinėje apkrovoje.

Tokių sprendimų griebiamasi būtent tam, kad būtų pasiektas srovių rezonansas (lygiagretusis rezonansas), kai įrangos indukcinė varža yra lygi prijungtų kondensatorių talpai tinklo dažniu, kad reaktyvioji energija cirkuliuotų tarp kondensatorių. ir įranga, o ne tarp įrangos ir tinklo; todėl tinklas skleidžia energiją tik tada, kai įranga įkraunama ir sunaudoja aktyviąją galią.

Kai įranga neveikia, tinklas yra prijungtas lygiagrečiai su rezonansine grandine (išoriniai kondensatoriai ir įrangos induktyvumas), o tai sudaro labai didelę sudėtingą tinklo varžą ir leidžia sumažinti galios koeficientas.