Pinge resonants

Kui vahelduvvooluahel on ühendatud järjestikku induktiivpool ja kondensaator, siis mõjutavad need omal moel vooluahelat toitavat generaatorit ning voolu ja pinge vahelisi faasiühendusi.

Induktiivpool viib sisse faasinihke, kus vool jääb pingest maha veerandi perioodi võrra, kondensaator aga, vastupidi, muudab ahela pinge voolust veerandi perioodi võrra maha. Seega on induktiivse takistuse mõju voolu ja pinge vahelisele faasinihkele ahelas vastupidine mahtuvusliku takistuse mõjule.

See toob kaasa asjaolu, et kogu faasinihe voolu ja pinge vahel ahelas sõltub induktiivse ja mahtuvusliku takistuse väärtuste suhtest.

Kui vooluahela mahtuvusliku takistuse väärtus on suurem kui induktiivse, siis on vooluahel oma olemuselt mahtuvuslik, see tähendab, et pinge jääb faasivoolust maha. Kui vastupidi, ahela induktiivne takistus on suurem kui mahtuvuslik, siis juhib pinge voolu ja seetõttu on vooluahel induktiivne.

Vaadeldava vooluringi kogureaktants Xtot määratakse mähise XL induktiivse takistuse ja kondensaatori XC mahtuvusliku takistuse liitmise teel.

Kuid kuna nende takistuste toime vooluringis on vastupidine, määratakse ühele neist, nimelt Xc-le, miinusmärk ja kogu reaktants määratakse valemiga:

Rakendage sellele vooluringile Ohmi seadus, saame:

Seda valemit saab teisendada järgmiselt:

Saadud võrrandis on AzxL - ahela kogupinge komponendi efektiivne väärtus, mis ületab ahela induktiivse takistuse, ja AzNSC - ahela kogupinge komponendi efektiivne väärtus, mis ületada mahtuvuslik takistus.

Seega võib pooli ja kondensaatori järjestikusest ühendusest koosneva vooluahela kogupinget pidada kahest liikmest koosnevaks, mille väärtused sõltuvad induktiivse ja mahtuvusliku takistuse väärtustest. vooluring.

Uskusime, et sellisel vooluringil puudub aktiivne takistus. Kuid juhtudel, kui vooluahela aktiivtakistus ei ole enam nii väike, et see oleks tühine, määratakse vooluahela kogutakistus järgmise valemiga:

kus R on vooluahela kogu aktiivne takistus, XL -NSC — selle kogureaktants. Liikudes Ohmi seaduse valemi juurde, on meil õigus kirjutada:

Vahelduvpinge resonants

Induktiivsed ja mahtuvuslikud takistused, mis on ühendatud järjestikku, põhjustavad vahelduvvooluahelas väiksemat faasinihet voolu ja pinge vahel, kui need oleksid vooluringis eraldi.

Teisisõnu, nende kahe erineva iseloomuga reaktsiooni samaaegsel toimel ahelas toimub faasinihke kompenseerimine (vastastikune hävitamine).

Täielik hüvitis, st. voolu ja pinge vahelise faasinihke täielik kõrvaldamine sellises vooluringis toimub siis, kui induktiivne takistus on võrdne vooluahela mahtuvusliku takistusega, st kui XL = XC või, mis on sama, kui ωL = 1 / ωC.

Sel juhul käitub ahel puhtalt aktiivse takistusena, see tähendab, nagu poleks sellel ei mähist ega kondensaatorit. Selle takistuse väärtus määratakse mähise ja ühendusjuhtmete aktiivtakistuste summaga. Mille juures efektiivne vool vooluringis on suurim ja määratakse Ohmi seaduse valemiga I = U / R, kus Z on nüüd asendatud R-ga.

Samal ajal on mähisele UL = AzxL ja kondensaatorile Uc = AzNSCC mõjuvad pinged võrdsed ja võimalikult suured. Ahela madala aktiivtakistuse korral võivad need pinged mitu korda ületada ahela klemmide kogupinget U. Seda huvitavat nähtust nimetatakse elektrotehnikas pingeresonantsiks.

Joonisel fig. 1 näitab pingete, voolude ja võimsuse kõveraid resonantspingetel ahelas.

Pingevoolu ja võimsuse graafik pingeresonantsil

Tuleb meeles pidada, et takistused XL ja C on muutujad, mis sõltuvad voolu sagedusest ja selle sagedust tasub vähemalt veidi muuta, näiteks suurendada seda, kuna XL = ωL suureneb ja XSC = = 1 / ωC väheneb ja seega koheselt häiritakse pingeresonantsi ahelas, samas kui koos aktiivtakistusega ilmub ahelasse ka reaktants. Sama juhtub ka siis, kui muudate ahela induktiivsuse või mahtuvuse väärtust.

Pingeresonantsi korral kulutatakse vooluallika võimsust ainult vooluahela aktiivse takistuse ületamiseks, see tähendab juhtmete soojendamiseks.

Tegelikult ühe induktiivpooliga ahelas tekivad energia kõikumised, s.t. perioodiline energia ülekandmine generaatorist magnetväli rullid. Kondensaatoriga ahelas juhtub sama, kuid kondensaatori elektrivälja energia tõttu. Kondensaatori ja induktiivpooliga vooluringis pingeresonantsiga (ХL = XС) liigub vooluringi salvestatud energia perioodiliselt mähist kondensaatorisse ja vastupidi ning ainult energiatarve, mis on vajalik vooluahela aktiivse takistuse ületamiseks. ahel langeb vooluallika osale. Seetõttu toimub energiavahetus kondensaatori ja mähise vahel peaaegu ilma generaatori osaluseta.

Tuleb vaid pingeresonantsi väärtuse järgi murda, kuidas mähise magnetvälja energia muutub ebavõrdseks kondensaatori elektrivälja energiaga ja nende väljade vahelise energiavahetuse käigus tekib üleliigne energia. ilmuvad, mis perioodiliselt vooluringis olevast allikast välja voolavad, seejärel toidavad selle ahelasse tagasi.

See nähtus on väga sarnane kellavärgis toimuvaga. Kella pendel oleks võimeline ilma vedru (või kellakõluri raskuse) abita pidevalt võnkuma, kui poleks hõõrdejõude, mis selle liikumist aeglustavad.

Vedru, edastades õigel hetkel osa oma energiast pendlile, aitab tal ületada hõõrdejõude, saavutades nii võnke pidevuse.

Samamoodi kulutab elektriahelas resonantsi tekkimisel vooluallikas oma energiat ainult ahela aktiivse takistuse ületamiseks, aidates sellega kaasa võnkeprotsessile selles.

Nii jõuamegi järeldusele, et vahelduvvooluahel, mis koosneb generaatorist ja järjestikku ühendatud induktiivpoolist ja kondensaatorist, muutub teatud tingimustel XL = XС võnkesüsteemiks... Seda vooluringi nimetati võnkeahelaks.

Võrrandist XL = XС on võimalik määrata generaatori sageduse väärtused, mille juures tekib pingeresonants:

Pingeresonantsi esinemise ahela mahtuvus ja induktiivsus:

Seega, muutes ükskõik millist neist kolmest suurusest (eres, L ja C), on võimalik tekitada ahelas pingeresonantsi ehk muuta ahel võnkeahelaks.

Näide pingeresonantsi kasulikust rakendusest: Vastuvõtja sisendahelat reguleeritakse muutuva kondensaatori (või variomeetri) abil nii, et selles tekib pingeresonants. Sellega saavutatakse vastuvõtja normaalseks tööks vajaliku pooli pinge suur kasv võrreldes antenni tekitatava vooluringi pingega.

Koos pingeresonantsi fenomeni kasuliku kasutamisega elektrotehnikas esineb sageli juhtumeid, kus pingeresonants on kahjulik.Pinge suur tõus ahela üksikutes osades (poolil või kondensaatoril) võrreldes pingega generaatori kahjustus võib põhjustada üksikute osade ja mõõteseadmete kahjustamist.