Koks yra srovių ir įtampų rezonansas
Induktyvinis reaktingumas ir talpa
Induktyvumas - tai kūno sugebėjimas kaupti energiją magnetiniame lauke. Jam būdingas srovės, atsirandančios iš įtampos, fazės atsilikimas. Tipiški indukciniai elementai yra droseliai, ritės, transformatoriai, elektros varikliai.
Talpa reiškia elementus, kurie kaupia energiją per elektrinį lauką. Talpiniams elementams būdingas fazės įtampos nuo srovės atsilikimas. Talpiniai elementai: kondensatoriai, varikapai.
Nurodytos pagrindinės jų savybės, neatsižvelgta į šio straipsnio niuansus.
Be išvardytų elementų, kiti taip pat turi tam tikrą induktyvumą ir talpą, pavyzdžiui, elektros kabeliuose, paskirstytuose per visą ilgį.
Talpa ir induktyvumas kintamos srovės grandinėje
Jei nuolatinės srovės grandinėse talpa bendrąja prasme yra sugedusi grandinės dalis, o induktyvumas - laidininkas, tai kintamos kondensatoriai ir ritės yra reaktyviojo rezistoriaus analogas.
Induktoriaus reaktingumas nustatomas pagal formulę:
Vektorinė schema:
Kondensatoriaus reaktingumas:
Čia w yra kampinis dažnis, f yra dažnis sinusoidinės srovės grandinėje, L yra induktyvumas, C yra talpa.
Vektorinė schema:
Verta paminėti, kad skaičiuojant reaktyviai sujungtus elementus, naudojama formulė:
Atkreipkite dėmesį, kad talpinis komponentas paimtas su minuso ženklu. Jei grandinėje taip pat yra aktyviojo komponento (rezistoriaus), tada pridėkite pagal Pitagoro teoremos formulę (remiantis vektorine schema):
Nuo ko priklauso reaktingumas? Reaktyviosios charakteristikos priklauso nuo talpos ar induktyvumo, taip pat nuo kintamos srovės dažnio.
Pažvelgę į reaktyviojo komponento formulę, galite pamatyti, kad tam tikroms talpinio ar induktyviojo komponento reikšmėms jų skirtumas bus lygus nuliui, tada grandinėje liks tik aktyvusis pasipriešinimas. Bet tai ne visi tokios situacijos bruožai.
Įtampos rezonansas
Jei kondensatorius ir induktorius yra sujungti nuosekliai su generatoriumi, tada, jei jų reaktingumas yra lygus, atsiras įtampos rezonansas. Tokiu atveju aktyvioji Z dalis turėtų būti kuo mažesnė.
Verta paminėti, kad induktyvumas ir talpa turi tik reaktyviąsias savybes tik idealizuotuose pavyzdžiuose. Realiose grandinėse ir elementuose aktyvioji laidininkų varža visada yra, nors ji yra ypač maža.
Esant rezonansui, tarp induktoriaus ir kondensatoriaus vyksta energijos mainai. Idealiuose pavyzdžiuose pradinio energijos šaltinio (generatoriaus) prijungimo metu energija kaupiasi kondensatoriuje (arba induktoriuje) ir, jį išjungus, dėl šio mainų įvyksta nesandarūs virpesiai.
Pagal induktorių įtampa ir talpos yra maždaug vienodos Ohmo įstatymas:
U = I / X
Kur X yra atitinkamai Xc talpinis arba XL induktyvumas.
Grandinė, susidedanti iš induktyvumo ir talpos, vadinama virpesių grandine. Jo dažnis apskaičiuojamas pagal formulę:
Virpesių periodas nustatomas pagal Thompsono formulę:
Kadangi reaktyvumas priklauso nuo dažnio, induktyvumo varža didėja didėjant dažniui, o mažėja esant talpai. Kai varžos yra lygios, bendras pasipriešinimas labai sumažėja, o tai atsispindi diagramoje:
Pagrindinės grandinės charakteristikos yra kokybės koeficientas (Q) ir dažnis. Jei grandinę laikysime keturių gnybtų, tada jos perdavimo koeficientas atlikus paprastus skaičiavimus sumažinamas iki kokybės koeficiento:
K = q
O įtampa grandinės gnybtuose didėja proporcingai grandinės perdavimo koeficientui (kokybės koeficientui).
JK = Uin * Q
Esant įtampos rezonansui, kuo aukštesnis kokybės koeficientas, tuo didesnė grandinės elementų įtampa viršys prijungto generatoriaus įtampą. Įtampa gali padidėti dešimtis ar šimtus kartų. Tai parodyta diagramoje:
Elektros energijos nuostoliai grandinėje atsiranda tik dėl aktyvaus pasipriešinimo. Iš energijos šaltinio energija imama tik svyravimams palaikyti.
Galios koeficientas bus lygus:
cosФ = 1
Ši formulė rodo, kad nuostoliai atsiranda dėl aktyviosios galios:
S = P / Cosph
Rezonanso srovės
Srovės rezonansas stebimas grandinėse, kuriose induktyvumas ir talpa yra sujungti lygiagrečiai.
Reiškinys susideda iš didelių srovių srauto tarp kondensatoriaus ir ritės esant nulinei srovei netvirtintoje grandinės dalyje. Taip yra todėl, kad pasiekus rezonanso dažnį, bendrasis pasipriešinimas Z padidėja. Arba paprasčiau tariant, tai skamba taip - rezonanso taške pasiekiama maksimali bendra pasipriešinimo Z vertė, po kurios vienas iš varžų padidėja, o kitas sumažėja, atsižvelgiant į tai, ar dažnis padidėja, ar sumažėja. Tai pavaizduota grafiškai:
Apskritai viskas yra panašu į ankstesnį reiškinį, dabartinio rezonanso atsiradimo sąlygos yra tokios:
- Galios dažnis yra panašus į rezonansą grandinėje.
- Kintamosios srovės induktyvumo ir talpos laidumai yra lygūs BL = Bc, B = 1 / X.
Praktinis pritaikymas
Apsvarstykite rezonanso srovių ir įtampų naudą ir žalą. Didžiausias rezonanso reiškinio pranašumas, kurį sukelia radijo siųstuvai. Paprasčiau tariant, imtuvo grandinėje yra ritė ir kondensatorius, prijungtas prie antenos. Keisdami induktyvumą (pavyzdžiui, perkeldami šerdį) arba talpos vertę (pavyzdžiui, oro kintamąjį kondensatorių), jūs sureguliuojate rezonansinį dažnį. Dėl to ritės įtampa pakyla, o imtuvas sugauna tam tikrą radijo bangą.
Šie reiškiniai gali pakenkti elektrotechnikai, pavyzdžiui, kabelių linijoms. Kabelis yra induktyvumas ir talpa, paskirstoma išilgai, jei įtampa įvedama į ilgąją liniją laisvosios eigos režimu (kai apkrova neprijungta prie kabelio galo, priešingo energijos šaltiniui). Todėl yra pavojus, kad gali nutrūkti izoliacija, kad to išvengtumėte, yra prijungtas krovinio balastas.Taip pat panaši situacija gali sukelti elektroninių komponentų, matavimo priemonių ir kitos elektros įrangos gedimą - tai yra pavojingos šio reiškinio pasekmės.
Išvada
Įtampų ir srovių rezonansas yra įdomus reiškinys, kurį reikia žinoti. Jis stebimas tik indukcinėse-talpinėse grandinėse. Grandinėse, turinčiose didelę aktyviąją varžą, ji negali atsirasti. Apibendrinant, trumpai atsakant į pagrindinius klausimus šia tema:
- Kur ir kuriose grandinėse stebimas rezonanso reiškinys?
Esant indukcinėms talpinėms grandinėms.
- Kokios yra srovių ir įtampų rezonanso atsiradimo sąlygos?
Tai įvyksta esant vienodam reaktyvumui. Grandinė turi turėti minimalų aktyvųjį pasipriešinimą, o maitinimo šaltinio dažnis turi atitikti grandinės rezonansinį dažnį.
- Kaip rasti rezonansinį dažnį?
Abiem atvejais pagal formulę:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Kaip pašalinti reiškinį?
Didinant pasipriešinimą grandinėje arba keičiant dažnį.
Dabar jūs žinote, koks yra srovių ir įtampų rezonansas, kokios yra jo atsiradimo sąlygos ir praktinis pritaikymas. Norėdami konsoliduoti medžiagą, rekomenduojame žiūrėti naudingą vaizdo įrašą šia tema:
Susijusios medžiagos:
Įkeliama ...
