Какъв е резонансът на токове и напрежения

Резонансният феномен на токове и напрежения се наблюдава в индуктивно-капацитивни вериги. Това явление намери приложение в радиоелектрониката, като се превърна в основния начин да настроите приемника към определена вълна. За съжаление, резонансът може да навреди на електрическото оборудване и кабелните линии. Във физиката резонансът е съвпадението на честотите на няколко системи. Нека да разгледаме какъв е резонансът на напрежения и токове, каква стойност има и къде се използва в електротехниката.

Индуктивна реактивност и капацитет

Индуктивността е способността на тялото да акумулира енергия в магнитно поле. Характеризира се с изоставане на ток от напрежение във фаза. Типични индуктивни елементи са дросели, намотки, трансформатори, електрически двигатели.

Индуктивни елементи

Капацитетът се отнася до елементи, които съхраняват енергия чрез електрическо поле. Капацитивните елементи се характеризират с фазово изоставане на напрежението от тока. Капацитивни елементи: кондензатори, варикапи.

Капацитивни елементи

Основните им свойства са дадени, нюансите в тази статия не се вземат предвид.

В допълнение към изброените елементи, други имат и известна индуктивност и капацитет, например в електрически кабели, разпределени по дължината му.

Капацитет и индуктивност в верига с променлив ток

Ако в веригите за постоянен ток капацитетът в общия смисъл е счупена част от веригата, а индуктивността е проводник, тогава в редуващи се кондензатори и намотки са реактивен аналог на резистор.

Реактивността на индуктора се определя по формулата:

Формула за реактивност

Векторна диаграма:

Диаграма на реактивността на бобината

 

Реактивност на кондензатора:

Изчисляване на съпротивлението на кондензатора

Тук w е ъгловата честота, f е честотата в синусоидалната верига на тока, L е индуктивността, C е капацитетът.

Векторна диаграма:

Диаграма на реактивността на кондензатора

Заслужава да се отбележи, че при изчисляването на реактивни елементи, свързани последователно, се използва формулата:

Изчисление за серийно свързване на елементи

Моля, обърнете внимание, че капацитивният компонент е взет със знак минус. Ако активният компонент (резистор) също присъства във веригата, тогава добавете според формулата на Питагоровата теорема (въз основа на векторната диаграма):

Изчисляване в присъствието на активен компонент

От какво зависи реактивността? Реактивните характеристики зависят от стойността на капацитета или индуктивността, както и от честотата на променливия ток.

Ако погледнете формулата на реактивния компонент, можете да видите, че за определени стойности на капацитивния или индуктивния компонент разликата им ще бъде нула, тогава във веригата ще остане само съпротивлението. Но това не са всички характеристики на подобна ситуация.

Резонанс на напрежението

Ако кондензатор и индуктор са свързани последователно с генератор, тогава, при условие че тяхната реактивност е равна, ще възникне резонанс на напрежението. В този случай активната част Z трябва да бъде възможно най-малка.

Резонансна верига на напрежение

Заслужава да се отбележи, че индуктивността и капацитетът имат само реактивни качества само в идеализирани примери. В реалните вериги и елементи винаги има активно съпротивление на проводниците, въпреки че е изключително малко.

При резонанс се осъществява обмен на енергия между индуктора и кондензатора. В идеални примери, по време на първоначалното свързване на енергиен източник (генератор), енергията се натрупва в кондензатора (или индуктора) и след като се изключи, възникват непрекъснати трептения поради този обмен.

Напреженията в индукторите и капацитетите са приблизително еднакви, според Закон на Ом:

U = I / X

Където X е съответно капацитивна или XL индуктивност.

Верига, състояща се от индуктивност и капацитет, се нарича осцилаторна верига. Честотата му се изчислява по формулата:

Честота на осцилационната верига

Периодът на трептене се определя по формулата на Томпсън:

Формула на Томпсън

Тъй като реактивността зависи от честотата, съпротивлението на индуктивността нараства с увеличаване на честотата и намалява при капацитета. Когато съпротивленията са равни, общото съпротивление се намалява значително, което се отразява на графиката:

Графика за намаляване на общата съпротива

Основните характеристики на веригата са коефициентът на качество (Q) и честотата. Ако разгледаме веригата като четиритерминална, тогава нейният коефициент на предаване след прости изчисления се намалява до коефициента на качество:

K = q

Фактор на качеството

А напрежението в клемите на веригата се увеличава пропорционално на коефициента на трансфер (коефициент на качество) на веригата.

UK = Uin * Q

С резонанса на напрежението, колкото по-висок е коефициентът на качество, толкова по-голямо напрежение върху елементите на веригата ще надвиши напрежението на свързания генератор. Напрежението може да се увеличи десетки или стотици пъти. Това е показано на графиката:

Повишаване на напрежението

Загубите на мощност във веригата се дължат само на наличието на активно съпротивление. Енергията от източника на енергия се взема само за поддържане на колебания.

Коефициентът на мощност ще бъде равен на:

cosF = 1

Тази формула показва, че загубите възникват поради активна мощност:

S = P / Cosph

Резонансни токове

Токният резонанс се наблюдава в вериги, където индуктивността и капацитетът са свързани паралелно.

Резонансни токове

Явлението се състои в потока на големи токове между кондензатора и намотката, при нулев ток в неразклонената част на веригата. Това е така, защото когато се достигне резонансната честота, общото съпротивление Z се увеличава. Или най-просто казано звучи така - в резонансната точка се достига максималната обща стойност на съпротивлението Z, след което едното съпротивление се увеличава, а другото намалява в зависимост от това дали честотата се увеличава или намалява. Това се показва графично:

Съпротивление в резонансната точка

Като цяло всичко е подобно на предишния феномен, условията за появата на текущия резонанс са следните:

  1. Честотата на мощността е подобна на резонансната във веригата.
  2. Проводимостта на индуктивността и капацитета за променлив ток са равни на BL = Bc, B = 1 / X.

Практическо приложение

Помислете за ползите и вредите от резонансните токове и напрежения. Най-голямата полза от феномена на резонанса, донесен в радиопредавателната апаратура. С прости думи, веригата на приемника има бобина и кондензатор, свързани към антената. Чрез промяна на индуктивността (например, преместване на сърцевината) или стойността на капацитета (например въздушен променлив кондензатор) настройвате резонансната честота. В резултат на това напрежението върху намотката се повишава и приемникът улавя определена радиовълна.

Радио приемник

Тези явления могат да бъдат вредни в електротехниката, например по кабелни линии. Кабелът е индуктивност и капацитет, разпределени по дължината, ако напрежението се прилага към дълга линия в режим на празен ход (когато натоварването не е свързано към края на кабела срещу източника на захранване). Следователно съществува опасност да се получи счупване на изолацията, за да се избегне това, е свързан баласт за натоварване.Също така подобна ситуация може да доведе до повреда на електронни компоненти, измервателни уреди и друго електрическо оборудване - това са опасни последици от това явление.

заключение

Резонансът на напрежения и токове е интересно явление, което трябва да се знае. Наблюдава се само в индуктивно-капацитивни вериги. В вериги с големи активни съпротивления не може да възникне. За да обобщим, отговоря накратко на основните въпроси по тази тема:

  1. Къде и в кои вериги се наблюдава резонансното явление?

В индуктивни капацитивни вериги.

  1. Какви са условията за възникване на резонанс на токове и напрежения?

Тя възниква при условие на еднаква реактивност. Веригата трябва да има минимално активно съпротивление, а честотата на захранването съвпада с резонансната честота на веригата.

  1. Как да намерите резонансната честота?

И в двата случая по формулата:w = (1 / LC) ^ (1/2)

  1. Как да премахнем феномена?

Чрез увеличаване на съпротивлението във веригата или промяна на честотата.

Сега знаете какъв е резонансът на токове и напрежения, какви са условията за появата му и практически приложения. За да консолидирате материала, препоръчваме да гледате полезен видеоклип по темата:

Свързани материали:

(6 гласа)
Зареждането ...

Добавете коментар

Задължителните полета са маркирани *