Elektriniai svyravimai: virpesių tipai ir charakteristikos, amplitudė, dažnis ir fazė

Virpesiai yra procesai, kurie kartojasi pakartotinai arba grubiai pasikartoja tam tikrais intervalais. Gamtoje ir technologijose plačiai paplitę svyruojantys procesai.

Elektros inžinerijoje ir elektronikoje jiems tenka susidurti su įvairiausių tipų elektriniais virpesiais, t.y. įtampų ir srovių svyravimai. įvairiose elektros grandinėsetaip pat mechaninės vibracijos, pavyzdžiui, vibracijos mikrofono membranos arba garsiakalbiai.

Vibracijos charakteristikos

Virpesiams, kaip pasikartojantiems procesams, pirmiausia būdingi didžiausi nuokrypiai, kuriuos pasiekia svyruojanti reikšmė, arba vibracijos amplitudė, antra, tų pačių būsenų pasikartojimų dažnis arba vibracijos dažnis, ir trečia, iš kokios būsenos, ką proceso fazė atitinka atgalinio skaičiavimo pradžios laiką. Pastaroji virpesių proceso charakteristika vadinama „pradine faze“ arba tiesiog „faze“.

Griežtai kalbant, šios sąvokos taikomos tik tam tikrų tipų virpesiams, būtent periodiniams ir ypač sinusoidinisTačiau terminai: amplitudė, dažnis ir fazė paprastai taikomi bet kokiai vibracijai apskritai (žr. Pagrindiniai kintamosios srovės parametrai).

Virpesių charakteristikos (amplitudė, periodas, dažnis ir fazė):

Vibracijos rūšys

Priklausomai nuo to, kas atsitiks su amplitude, svyravimai skiriasi:

• stacionarus arba neslopinamas, kurio amplitudė laikui bėgant nekinta;

• amortizuota, kurios amplitudė laikui bėgant mažėja;

• didėja, kurio amplitudė laikui bėgant didėja;

• amplitudės moduliacija, kurios amplitudė laikui bėgant didėja ir mažėja.

Priklausomai nuo to, kaip svyravimai kartojasi laiku, svyravimai skiriasi:

• periodinės, tai yra tos, kuriose visos būsenos kartojasi tiksliai tam tikrais intervalais;

• apytiksliai periodinės, kai visos būsenos tik apytiksliai kartojasi, pavyzdžiui, slopinančios arba dažnio moduliuotos (ty svyravimai, kurių dažnis nuolat kinta tam tikrose ribose aplink tam tikrą reikšmę).

Žiūrėk -Laisvieji slopinami ir priverstiniai svyravimai

Priklausomai nuo formos, išskiriami virpesiai:

• sinusoidinis (harmoninis) arba artimas sinusoidiniam;

• atsipalaidavimas, kurio forma žymiai skiriasi nuo sinusoidinės.

Galiausiai, atsižvelgiant į virpesių proceso kilmę, jie išskiriami:

• natūralūs arba laisvieji svyravimai, atsiradę dėl sistemos smūgio (arba apskritai sistemos pusiausvyros pažeidimo);

• priverstinis, atsirandantis dėl užsitęsusio išorinio svyravimo sistemos veikimo, ir savaiminiai virpesiai, atsirandantys sistemoje nesant išorinių poveikių, dėl pačios sistemos gebėjimo palaikyti joje vykstantį virpesių procesą.

Elektrinės vibracijos — srovės, įtampos, krūvio svyravimai, atsirandantys elektros grandinėse, grandinėse, linijose ir kt. Dažniausiai pasitaikančios elektrinės vibracijos yra įprastos kintamoji elektros srovė, kurioje grandinėje periodiškai kinta įtampa ir srovė.Jie įvyksta su 50 Hz dažniu. Tokie santykinai lėti svyravimai dažniausiai gaunami naudojant Kintamosios srovės elektros mašinos.

Greitos vibracijos sukuriamos specialiais metodais, tarp kurių šiuolaikinėse technologijose jos vaidina didžiausią vaidmenį elektroniniai generatoriai.

Priklausomai nuo dažnio, įprasta elektrinius virpesius skirstyti į dvi grupes – žemo dažnio, kurių dažnis mažesnis nei 15 000 Hz, ir aukštąjį dažnį, kurio dažnis didesnis nei 15 000 Hz. Ši riba buvo pasirinkta, nes vibracijos, mažesnės nei 15 000 Hz, sukelia garso pojūtį žmogaus ausyje, o virš 15 000 Hz virpesių žmogaus ausis negirdi.

Osciliatorių sistemos — sistemos, kuriose gali atsirasti natūralūs svyravimai.

Osciliatoriaus grandinė — grandinė, kurioje gali atsirasti natūralūs elektriniai virpesiai, jei joje sutrinka elektros „pusiausvyra“, tai yra, jei joje susidaro pradinės įtampos arba srovės.

Grandinė — įprastai uždara elektros grandinė. Tačiau šis terminas taip pat taikomas atviroms grandinėms, būtent antenoms. Norint atskirti šias dvi kilpų rūšis, jos atitinkamai vadinamos uždaromis ir atviromis.Sąvoka „kontūras“ kartais turi ypatingą reikšmę. Svyruojanti grandinė dažnai vadinama tiesiog „grandine“ dėl trumpumo.

Kad grandinėje atsirastų natūralūs virpesiai, ji turi turėti talpą ir induktyvumą, o ne per didelę varžą. Natūralių virpesių dažnis grandinėje priklausys nuo talpos C ir induktyvumo L reikšmės. Kuo didesnė talpa ir induktyvumas dalyvauja virpesių grandinėje, tuo mažesnis jos natūralių virpesių dažnis (plačiau žr. čia — Osciliatoriaus grandinė).

Natūralių virpesių dažnį grandinėje apytiksliai lemia vadinamoji pagal Tomsono formulę:

Kadangi kiekviena grandinė turi varžą, kurioje atsiranda energijos nuostoliai ir išsiskiria šiluma, tai natūralūs grandinės svyravimai visada slopins. Kitaip tariant, svyruojanti grandinė grįžta į elektrinę „pusiausvyrą“ dėl slopinto svyravimo proceso.

Jei grandinės varža yra labai didelė, tai yra aperiodinė grandinė, kurioje nevyksta natūralūs svyravimai. Tokioje grandinėje sukurtos pradinės įtampos ir srovės nyksta nepatiriant svyravimų, bet monotoniškai. Kitaip tariant, sutrikus elektrinei „pusiausvyrai“, tokia kilpa periodiškai (ty be svyravimų) grįžta į „pusiausvyros“ padėtį.

Taip pat žiūrėkite šia tema:

Induktyviai sujungtos virpesių grandinės

Nuolatiniai svyravimai ir parametrinis rezonansas