Pingeresonantsi ja vooluresonantsi rakendamine

Induktiivsusega L, mahtuvusega C ja takistusega R võnkeahelas kipuvad vabad elektrivõnked sumbuma. Võnkumiste summutamise vältimiseks on vaja vooluringi perioodiliselt energiaga täiendada, siis tekivad sundvõnked, mis ei nõrgene, kuna väline muutuja EMF toetab juba ahelas võnkumisi.

Kui võnkumisi toetab välise harmoonilise EMF allikas, mille sagedus f on väga lähedane võnkeahela F resonantssagedusele, siis elektrivõnkumiste U amplituud ahelas suureneb järsult, s.t. elektrilise resonantsi nähtus.

Vahelduvvooluahela võimsus

Vaatleme kõigepealt kondensaatori C käitumist vahelduvvooluahelas.Kui generaatoriga on ühendatud kondensaator C, mille klemmide pinge U muutub harmoonilise seaduse järgi, siis hakkab kondensaatoriplaatide laeng harmoonilise seaduse järgi muutuma, sarnaselt vooluringis olevale voolule I. . Mida suurem on kondensaatori mahtuvus ja mida suurem on sellele rakendatava harmoonilise emfi sagedus f, seda suurem on vool I.

See asjaolu on seotud ideega nn Kondensaatori XC mahtuvus, mille see sisestab vahelduvvooluahelasse, piirates voolu, sarnaselt aktiivtakistusega R, kuid võrreldes aktiivtakistusega ei hajuta kondensaator energiat soojuse kujul.

Kui aktiivne takistus hajutab energiat ja piirab sellega voolu, siis kondensaator piirab voolu lihtsalt seetõttu, et tal ei ole aega salvestada rohkem laengut, kui generaator suudab veerandperioodi jooksul anda, pealegi järgmisel veerandperioodil kondensaator vabastab oma dielektriku elektriväljas kogunenud energia tagasi generaatorisse, see tähendab, et kuigi vool on piiratud, energia ei haju (jätame tähelepanuta kaod juhtmetes ja dielektrikus).

Vahelduvvoolu induktiivsus

Nüüd kaaluge induktiivsuse L käitumist vahelduvvooluahelas.Kui kondensaatori asemel on generaatoriga ühendatud induktiivsusega L mähis, siis kui generaatorist mähise klemmidele antakse sinusoidne (harmooniline) EMF, hakkab ilmnema iseinduktsiooni EMF, sest kui induktiivsust läbiv vool muutub, kipub pooli kasvav magnetväli takistama voolu suurenemist (Lenzi seadus), see tähendab, et mähis näib tekitavat vahelduvvooluahelasse lisaks juhtmele induktiivse takistuse XL vastupanu R.

Mida suurem on antud mähise induktiivsus ja mida kõrgem on generaatori voolu sagedus F, seda suurem on induktiivtakistus XL ja väiksem vool I, kuna voolul pole lihtsalt aega settida, kuna voolu iseinduktiivsuse EMF mähis segab seda. Ja iga veerand perioodist suunatakse generaatorisse tagasi pooli magnetvälja salvestatud energia (jätame praegu tähelepanuta juhtmete kadu).

Takistus, võttes arvesse R

Igas reaalses võnkeahelas on induktiivsus L, mahtuvus C ja aktiivtakistus R ühendatud järjestikku.

Induktiivsus ja mahtuvus mõjutavad voolu allika harmoonilise EMF perioodi igas kvartalis vastupidiselt: kondensaatori plaatidel pinge tõuseb laadimise ajal, kuigi vool väheneb ja voolu suurenedes induktiivsuse kaudu, vool, kuigi sellel on induktiivtakistus, suureneb ja säilib.

Ja tühjenemise ajal: kondensaatori tühjendusvool on algselt suur, selle plaatide pinge kipub tekitama suurt voolu ja induktiivsus takistab voolu suurenemist ning mida suurem on induktiivsus, seda väiksem on tühjendusvool. Sel juhul tekitab aktiivtakistus R puhtalt aktiivseid kadusid. See tähendab, et allika sagedusel f jadamisi ühendatud L, C ja R impedants Z on võrdne:

Ohmi seadus vahelduvvoolu kohta

Ohmi vahelduvvoolu seadusest on ilmne, et sundvõnkumiste amplituud on võrdeline EMF-i amplituudiga ja sõltub sagedusest. Ahela kogutakistus on väikseim ja voolu amplituud on suurim eeldusel, et induktiivne takistus ja mahtuvus antud sagedusel on üksteisega võrdsed, sel juhul tekib resonants. Siit tuletatakse ka võnkeahela resonantssageduse valem:

Pinge resonants

Kui EMF-i allikas, mahtuvus, induktiivsus ja takistus on omavahel jadamisi ühendatud, nimetatakse sellises ahelas resonantsi jadaresonantsiks või pingeresonantsiks. Pingeresonantsi iseloomulik tunnus on märkimisväärsed pinged mahtuvusel ja induktiivsusel võrreldes allika EMF-iga.

Sellise pildi ilmumise põhjus on ilmne. Aktiivsel takistusel on Ohmi seaduse järgi pinge Ur, mahtuvusel Uc, induktiivsusel Ul ja pärast Uc ja Ur suhte tegemist saame leida kvaliteediteguri Q väärtuse.Mahtuvusel olev pinge on Q korda suurem kui allika EMF, sama pinge rakendatakse induktiivsusele.

See tähendab, et pingeresonants põhjustab reaktiivsete elementide pinge suurenemist teguri Q võrra ja resonantsvoolu piiravad allika EMF, selle sisetakistus ja vooluahela R aktiivtakistus. , on jadaahela takistus resonantssagedusel minimaalne.

Rakendage pingeresonantsi

Pingeresonantsi nähtust kasutatakse aastal erinevat tüüpi elektrifiltridNäiteks kui edastatavast signaalist on vaja eemaldada teatud sagedusega voolukomponent, siis asetatakse vastuvõtjaga paralleelselt kondensaatori ja induktiivpooli vooluahel, nii et selle resonantssageduslik vool LC-ahel oleks selle kaudu suletud ja need ei jõua vastuvõtjani.

Siis liiguvad LC-ahela resonantssagedusest kaugel oleva sagedusega voolud takistusteta koormusse ja ainult sageduselt resonantsilähedased voolud leiavad lühima tee läbi LC-ahela.

Või vastupidi. Kui on vaja läbida ainult teatud sagedusega voolu, ühendatakse LC-ahel vastuvõtjaga järjestikku, siis lähevad ahela resonantssagedusel olevad signaalikomponendid koormusele peaaegu ilma kadudeta ja sagedused. kaugeltki resonants nõrgeneb oluliselt ja võib öelda, et nad ei jõua üldse koormuseni. See põhimõte kehtib raadiovastuvõtjate puhul, kus häälestatav võnkeahel on häälestatud soovitud raadiojaama rangelt määratletud sageduse vastuvõtmiseks.

Üldiselt on pingeresonants elektrotehnikas ebasoovitav nähtus, kuna põhjustab liigpinget ja seadmete kahjustusi.

Lihtne näide on pikk kaabelliin, mis millegipärast osutus koormaga ühendamata, kuid samas toidab seda vahetrafo. Selline hajutatud mahtuvuse ja induktiivsusega liin, kui selle resonantssagedus langeb kokku toitevõrgu sagedusega, lihtsalt katkeb ja ebaõnnestub. Juhusliku resonantspinge põhjustatud kaablikahjustuste vältimiseks rakendatakse lisakoormust.

Kuid mõnikord mängib pingeresonants meie kätes, mitte ainult raadiotes. Näiteks juhtub, et maapiirkondades on pinge võrgus ettearvamatult langenud ja masin vajab pinget vähemalt 220 volti. Sellisel juhul päästab pingeresonantsi nähtus.

Piisab, kui lülitate masinaga järjestikku mitu kondensaatorit faasi kohta (kui selles olev ajam on asünkroonmootor) ja seega tõuseb staatori mähiste pinge.

Siin on oluline valida õige arv kondensaatoreid nii, et need kompenseeriksid täpselt võrgu pingelangust oma mahtuvusliku takistusega koos mähiste induktiivse takistusega, see tähendab, et vooluringile veidi lähenedes resonantsile saate suurendada pingelangus isegi koormuse all.

Voolude resonants

Kui EMF-i allikas, mahtuvus, induktiivsus ja takistus on üksteisega paralleelselt ühendatud, nimetatakse sellises vooluringis resonantsi paralleelresonantsiks või vooluresonantsiks.Voolu resonantsi iseloomulik tunnus on olulised voolud läbi mahtuvuse ja induktiivsuse võrreldes lähtevooluga.

Sellise pildi ilmumise põhjus on ilmne. Aktiivse takistuse läbiv vool vastavalt Ohmi seadusele on võrdne U / R, läbi mahtuvuse U / XC, läbi induktiivsuse U / XL ja koostades IL ja I suhte, saate leida kvaliteediteguri väärtuse. Q. Induktiivsust läbiv vool on Q korda suurem lähtevoolust, sama vool voolab iga poole perioodi tagant kondensaatorisse ja sealt välja.

See tähendab, et voolude resonants põhjustab reaktiivsete elementide läbiva voolu suurenemist teguri Q võrra ja resonantset EMF-i piiravad allika emf, selle sisetakistus ja vooluahela R aktiivne takistus. Seega on resonantssagedusel paralleelse võnkeahela takistus maksimaalne.

Resonantsvoolude rakendamine

Sarnaselt pingeresonantsiga kasutatakse erinevates filtrites vooluresonantsi. Kuid vooluringiga ühendatuna toimib paralleelahel vastupidiselt kui jadaahela puhul: paralleelselt koormusega paigaldatud paralleelvõnkering võimaldab vooluringi resonantssageduse voolul liikuda koormusse. , sest ahela enda takistus oma resonantssagedusel on maksimaalne.

Koormusega järjestikku paigaldatud paralleelvõnkering ei edasta resonantssagedussignaali, kuna kogu pinge langeb ahelale ja koormusele jääb väike osa resonantssagedussignaalist.

Niisiis on vooluresonantsi peamine rakendus raadiotehnikas teatud sagedusega voolule suure takistuse loomine torugeneraatorites ja kõrgsagedusvõimendites.

Elektrotehnikas kasutatakse vooluresonantsi, et saavutada oluliste induktiivsete ja mahtuvuslike komponentidega koormuste kõrge võimsustegur.

Näiteks, reaktiivvõimsuse kompensatsiooniseadmed (KRM) on kondensaatorid, mis on paralleelselt ühendatud asünkroonsete mootorite ja trafode mähistega, mis töötavad alla nimikoormusega.

Selliseid lahendusi kasutatakse just voolude resonantsi (paralleelresonantsi) saavutamiseks, kui seadmete induktiivne takistus võrdub ühendatud kondensaatorite võimsusega võrgu sagedusel, nii et reaktiivenergia ringleb kondensaatorite vahel. seadmete ja seadmete vahel, mitte seadmete ja võrgu vahel; nii et võrk kiirgab voolu ainult siis, kui seade on laetud ja tarbib aktiivvõimsust.

Kui seadmed ei tööta, osutub võrk ühendatud resonantsahelaga paralleelselt (välised kondensaatorid ja seadmete induktiivsus), mis kujutab endast võrgu jaoks väga suurt keerulist takistust ja võimaldab vähendada. võimsustegur.