Rezonansas – tai grandinės, apimančios indukcinius ir talpinius elementus, veikimo būdas, kuriame jos įėjimo varža (įėjimo laidumas) yra reali. To pasekmė yra ta, kad srovė grandinės įėjime yra fazėje su įėjimo įtampa.
Rezonansas grandinėje su nuosekliai sujungtais elementais
(įtampos rezonansas)
1 pav. pavaizduotai grandinei turime
 ;
|
(1) |
 .
|
(2) |
Priklausomai nuo kiekių ir santykio, galimi trys skirtingi atvejai.
1. Grandinėje vyrauja induktyvumas, t.y. , todėl
Šis režimas atitinka vektorinę diagramą Fig. 2, a.
2. Grandinėje vyrauja talpa, t.y. , tai reiškia . Šis atvejis atsispindi vektorinėje diagramoje Fig. 2, b.
3. - įtampos rezonanso atvejis (2 pav., c).
Įtampos rezonanso būklė
| . | (3) |
Be to, kaip matyti iš 1 ir 2 dalių, 
.
Esant įtampos rezonansui ar jam artimiems režimams, srovė grandinėje smarkiai padidėja. Teoriniu atveju, kai R=0 jo reikšmė linkusi į begalybę. Atsižvelgiant į srovės padidėjimą, didėja indukcinių ir talpinių elementų įtampa, kuri gali būti daug kartų didesnė už maitinimo šaltinio įtampą.
Tegul, pavyzdžiui, grandinėje pav. 1 . Tada ir, atitinkamai, .
Rezonanso radinių fenomenas naudinga programa praktikoje, ypač radijo inžinerijoje. Tačiau, jei tai įvyksta spontaniškai, tai gali sukelti avarines sąlygas dėl didelių viršįtampių ir viršsrovių.
Fizinė rezonanso esmė slypi periodiniuose energijos mainuose tarp induktoriaus magnetinio lauko ir kondensatoriaus elektrinio lauko, o lauko energijų suma išlieka pastovi.
Dalyko esmė nesikeičia, jei grandinėje yra keli indukciniai ir talpiniai elementai. Tiesa, šiuo atveju 
, o santykis (3) tenkinamas lygiavertėms L E ir C E reikšmėms.
Kaip rodo (3) lygties analizė, rezonanso režimą galima pasiekti pakeitus parametrus L ir C, taip pat dažnį. Remdamiesi (3), galime parašyti rezonansinį dažnį
 .
|
(4) |
Rezonanso kreivės vadinamos srovės ir įtampos priklausomybėmis nuo dažnio. Pavyzdžiui, pav. 3 parodytos tipinės I(f) kreivės; ir schemai pav. 1 esant U=konst.
Svarbi rezonansinės grandinės charakteristika yra kokybės faktorius Q, nustatomas pagal indukcinio (talpinio) elemento įtampos ir įėjimo įtampos santykį:
arba atsižvelgdami į (4) ir (5), galime parašyti:
 .
|
(9) |
Atsižvelgiant į reikšmių santykį ir , kaip ir aukščiau aptarto elementų nuoseklaus sujungimo atveju, galimi trys skirtingi atvejai.
Grandinėje vyrauja induktyvumas, t.y. , taigi, . Šis režimas atitinka vektorinę diagramą Fig. 5, a.
Grandinėje dominuoja talpa, t.y. , tai reiškia . Šį atvejį iliustruoja vektorinė diagrama Fig. 5 B.
Srovės rezonanso atvejis (5c pav.).
Srovės rezonanso būklė arba
| . | (10) |
Be to, kaip matyti iš 8 ir 9 dalių, 
. Taigi, esant srovės rezonansui, grandinės įėjimo laidumas yra minimalus, o įėjimo varža, atvirkščiai, yra didžiausia. Visų pirma, nesant grandinės Fig. 4 rezistorius R, jo įėjimo varža rezonanso režimu linkusi į begalybę, t.y. esant srovių rezonansui, srovė grandinės įėjime yra minimali.
Santykių (3) ir (5) tapatumas rodo, kad abiem atvejais rezonansinį dažnį lemia (4) ryšys. Tačiau (4) išraiška neturėtų būti naudojama jokiai rezonansinei grandinei. Jis galioja tik pačioms paprasčiausioms grandinėms su nuosekliu arba lygiagrečiu indukcinių ir talpinių elementų prijungimu.
Kai nustato rezonansinis dažnis savavališkos konfigūracijos grandinėje arba apskritai grandinės parametrų santykis rezonanso režimu turėtų būti pagrįstas sąlyga, kad grandinės įėjimo varža (įėjimo laidumas) yra reali.
Pavyzdžiui, grandinei, parodytai Fig. 6 turime
Kadangi rezonanso režime įsivaizduojama dalis turi būti lygi nuliui, rezonanso sąlyga turi formą
,
kur, visų pirma, yra rezonansinis dažnis.
Rezonansas sudėtingoje grandinėje
Rezonanso sąlyga sudėtingai grandinei su mišrus junginys keli indukciniai ir talpiniai elementai, susidedantys iš įėjimo varžos arba įėjimo laidumo menamos dalies lygybės nuliui, lemia šią sąlygą atitinkančių lygčių buvimą kelių realių šaknų atžvilgiu, t.y. Tokios grandinės atitinka kelis rezonansinius dažnius.
Rezonanso fenomenas. Elektros grandinė, turinti induktyvumą ir talpą, gali tarnauti kaip virpesių grandinė, kurioje vyksta elektros energijos virpesių procesas, pereinant nuo induktyvumo prie talpos ir atgal. Idealioje virpesių grandinėje šie svyravimai bus neslopinami. Jungiant svyruojančią grandinę prie šaltinio kintamoji srovėšaltinio kampinis dažnis? gali būti lygus kampiniam dažniui? 0, nuo kurio grandinėje svyruoja elektros energija. Ar šiuo atveju atsiranda rezonanso reiškinys, t.y., ar laisvųjų virpesių dažnis sutampa? 0 rodomas bet kuriame fizinę sistemą, su priverstinių svyravimų dažniu, kurį šiai sistemai suteikia išorinės jėgos.
Rezonansą elektros grandinėje galima pasiekti trimis būdais: keičiant kampinį dažnį? kintamosios srovės šaltinis, induktyvumas L arba talpa C. Skiriamas rezonansas, kai prijungtas nuosekliai L ir C. įtampos rezonansas o kai jie sujungti lygiagrečiai – srovės rezonansas. Kampinis dažnis? 0, kai atsiranda rezonansas, vadinamas rezonansinis arba natūralus rezonansinės grandinės virpesių dažnis.
Įtampos rezonansas. Esant įtampos rezonansui (196 pav., a) indukcinė varža X L lygi talpinei reaktyvinei varžai X c o bendra varža Z tampa lygi aktyviajai varžai R:
Z = ?(R2 + [? 0 L - 1/(? 0 C)] 2) = R
Šiuo atveju įtampos per induktyvumą U L ir talpą U c yra lygios ir yra priešfazėje (196 pav., b), todėl sudėjus viena kitą kompensuoja. Jei grandinės R aktyvioji varža yra maža, srovė grandinėje smarkiai padidėja, nes grandinės reaktyvumas X = X L -X s tampa lygus nuliui. Šiuo atveju srovė I yra fazėje su įtampa U ir I=U/R. Staigus srovės padidėjimas grandinėje įtampos rezonanso metu sukelia tą patį įtampų U L ir U c padidėjimą, o jų vertės gali būti daug kartų didesnės už grandinę maitinančio šaltinio įtampą U.
Kampinis dažnis?0, kuriam esant atsiranda rezonanso sąlygos, nustatomas iš lygybės ? o L = 1/(? 0 C).
Iš čia mes turime
? o = 1/?(LC) (74)
Jei sklandžiai pakeisite kampinį dažnį? šaltinio, tada suminė varža Z pirmiausia pradeda mažėti, pasiekia mažiausią reikšmę esant įtampos rezonansui (at? o), o vėliau didėja (197 pav., a). Atsižvelgiant į tai, srovė I grandinėje pirmiausia padidėja ir pasiekia didžiausia vertė esant rezonansui, o vėliau mažėja.
Srovių rezonansas. Srovės rezonansas gali atsirasti lygiagrečiai sujungus induktyvumą ir talpą (198 pav., a). Idealiu atveju, kai lygiagrečiose šakose nėra aktyviosios varžos (R 1 = R 2 = 0), srovės rezonanso sąlyga yra šakų, turinčių induktyvumą ir talpą, reaktyvių varžų lygybė, t.y. ? o L = 1/(? o C). Kadangi nagrinėjamu atveju aktyvusis laidumas G = 0, srovė nešakotoje dalyje
grandinės esant rezonansui I=U?(G 2 +(B L -B C) 2) = 0. Srovių reikšmės šakose I 1 ir I 2 bus lygios (198 pav., b), tačiau srovės fazėje pasislinks 180° (srovė IL induktyvumo fazėje atsilieka nuo įtampos U 90°, o srovė, esanti talpoje I c, yra įtampa priekyje U esant 90°). Vadinasi, tokia rezonansinė grandinė reiškia be galo didelę varžą srovei I ir Elektros energija nepatenka į grandinę iš šaltinio. Tuo pačiu metu grandinės viduje teka srovės I L ir I c, t.y. grandinėje vyksta nuolatinis energijos mainų procesas. Ši energija juda nuo induktyvumo iki talpos ir atgal.
Kaip matyti iš (74) formulės, ar keičiant talpos C arba induktyvumo L reikšmes galima pakeisti virpesių dažnį? 0 elektros energijos ir srovės grandinėje, t.y. sureguliuokite grandinę iki reikiamo dažnio. Jei šakose, į kurias įtraukta induktyvumas ir talpa, nebūtų aktyvios varžos, šis energijos svyravimo procesas tęstųsi neribotą laiką, t.y. grandinėje atsirastų neslopinami energijos ir srovių I L ir I s svyravimai. Tačiau tikri induktoriai ir kondensatoriai visada sugeria elektros energiją (dėl aktyvios vielos varžos ritėse ir
poslinkio srovės kondensatoriuose, kurie šildo dielektriką), todėl srovėms rezonuojant dalis elektros energijos iš šaltinio patenka į tikrąją grandinę ir dalis srovės I teka per neatšakotą grandinės dalį.
Rezonanso sąlyga tikroje rezonansinėje grandinėje, kurioje yra aktyviosios varžos R 1 ir R 2, bus šakų reaktyviųjų laidų B L = B C lygybė, įskaitant induktyvumą ir talpą.
Iš pav. 198, c iš to išplaukia, kad srovė I nešakotoje grandinės dalyje yra fazėje su įtampa U, nes reaktyviosios srovės 1 L ir I c yra lygios, bet priešingos fazėje, todėl jų vektorių suma yra nulis.
Ką daryti, jei keičiamas dažnis nagrinėjamoje lygiagrečioje grandinėje? apie kintamos srovės šaltinį, tada bendra grandinės varža pradeda didėti, pasiekia didžiausią reikšmę esant rezonansui, o vėliau mažėja (žr. 197 pav., b). Atsižvelgiant į tai, srovė I pradeda mažėti, pasiekia mažiausią reikšmę I min = I a esant rezonansui, o tada didėja.
Tikrose virpesių grandinėse, kuriose yra aktyvioji varža, kiekvieną srovės svyravimą lydi energijos nuostoliai. Dėl to grandinei perduodama energija gana greitai sunaudojama ir srovės svyravimai pamažu išnyksta. Norint gauti neslopintus svyravimus, reikia nuolat papildyti energijos nuostolius aktyviojoje varžoje, t.y., tokia grandinė turi būti prijungta prie atitinkamo dažnio kintamosios srovės šaltinio? 0 .
Įtampos ir srovės rezonanso reiškiniai ir virpesių grandinė buvo labai plačiai pritaikyti radijo inžinerijoje ir aukšto dažnio įrenginiuose. Naudodami virpesių grandines gauname aukšto dažnio sroves įvairiuose radijo įrenginiuose ir aukšto dažnio generatoriuose. Virpesių grandinė yra svarbiausias bet kurio radijo imtuvo elementas. Jis užtikrina jo selektyvumą, t.y. galimybę atskirti konkrečios radijo stoties signalus nuo skirtingo bangos ilgio (t.y. skirtingo dažnio), siunčiamų skirtingų radijo stočių.
Srovės rezonansas, gerai žinomas kaip natūralios srovės „lygiagretusis rezonansas“, yra procesas arba reiškinys, vykstantis lygiagrečios virpesių grandinės ir įtampos buvimo sąlygomis.
Šiuo atveju įtampos šaltinio dažnis turi sutapti su panašiomis grandinės rezonansinėmis charakteristikomis.
Srovės rezonansas yra specialus grandinės būklės tipas, kai bendri srovės rodikliai fazės parametrais sutampa su įtampos lygiu, o reaktyvioji vertė yra lygi nuliui, o grandinė sunaudoja tik aktyviąją galią.
Ši parinktis visų pirma būdinga grandinėms su kintamomis srovės vertėmis ir turi ne tik teigiamas savybes, bet ir kai kurias visiškai nepageidaujamas savybes, į kurias reikia atsižvelgti projektuojant.
Teigiamas rezonansinis veiksmas yra radijo inžinerijos, automatikos ir laidinės telefonijos reiškinys. Įtampos rezonansas priklauso nepageidaujamų reiškinių, sukeliamų viršįtampių, kategorijai. Šiuo atveju gera elektros grandinė laikoma tokia verte:
Srovės rezonanso pasiekimas atliekamas pasirenkant reikiamą indukcinį arba talpinė vertė, taip pat tiekimo tinklų dažnumo rodikliai.
Srovės rezonansas gaunamas parenkant elektros grandinės parametrus tam tikro maitinimo šaltinio dažnio sąlygomis, taip pat parenkant atvirkštinius indikatorius.
Srovės rezonanso taikymas
Pagrindinė šiandien plačiai reikalaujamų rezonansinių srovių aktyvaus taikymo sritis yra:
- kai kurių tipų filtrų sistemos, kuriose srovė su tam tikra dažnio parametrai yra reikšmingų pasipriešinimo rodiklių;
- radijo įranga imtuvų pavidalu, išryškinanti signalus, skirtus tam tikriems radijo stočių taškams. Suteikus didelį atsparumą srovei, sumažėja kilpos įtampa maksimaliu dažniu;
- asinchroniniai varikliai, ypač veikiantys dalinės apkrovos sąlygomis;
- didelio tikslumo elektrinio suvirinimo įrenginiai;
- virpesių grandinės elektroninių generatorių blokuose;
- prietaisai, kuriems būdingas aukšto dažnio grūdinimas;
- generatoriaus apkrovos rodiklių sumažinimas. Esant tokioms sąlygoms, priėmimo transformatoriuje su pirmine apvija sukuriama virpesių grandinė.
Grandinės schema
Ypač dažnai modernios pramoninės indukcinių katilų įrangos gamyboje naudojamos virpesių grandinės arba srovės rezonansai, kurie leidžia žymiai pagerinti paleidimo efektyvumo rodiklius.
Standartinės virpesių grandinės, veikiančios srovės rezonanso sąlygomis, yra plačiai naudojamos kaip vienas iš svarbiausių šiuolaikinių elektroninių generatorių komponentų.
Srovės rezonanso principas
Srovės rezonansas stebimas elektros grandinėje, kurioje yra lygiagreti ritė, rezistorius ir kondensatorius. Paprastam pasauliečiui nėra sunku suprasti pagrindinį standartinio srovės rezonanso veikimo principą:
- įjungus maitinimą, kondensatoriaus viduje kaupiasi įkrova iki vardinės šaltinio įtampos;
- maitinimo šaltinio išjungimas ir grandinės uždarymas į grandinę lydimas iškrovos perkėlimo į prietaiso ritės dalį;
- srovės rodmenys, einantys per ritę, sukelia generavimą magnetinis laukas ir savaiminės indukcijos elektrovaros jėgos sukūrimas priešinga srovei kryptimi;
- maksimali srovės indikatorių vertė pasiekiama visiško kondensatoriaus iškrovimo etape;
- visas sukauptos energijos talpos tūris lengvai paverčiamas magnetinės indukcijos lauku;
- ritės savaiminis indukcija neprovokuoja įkrautų dalelių sustabdymo, o pakartotinis įkrovimo etapas su skirtingu poliškumu atsiranda dėl to, kad nėra kondensatoriaus priešsrovės.
Rezonansas lygiagrečioje grandinėje (srovės rezonansas)
Šio ciklo rezultatas yra pakartotinis viso ritės lauko pavertimas kondensatoriaus įkrovimu. Standartinio rezonansinio dažnio nustatymas yra panašus į įtampos rezonanso skaičiavimus.
Esamas vidinis aktyvusis komponentas R sukelia laipsnišką virpesių proceso nykimą, kuris sukelia srovės rezonansą.
Srovių rezonansas grandinėje su kintama srove
Srovės srautas elektros grandinėje su nuosekliu, lygiagrečiu arba mišriu elementų jungimu sukelia skirtingi režimai veikiantis.Taigi, elektros grandinės rezonansas yra sekcijos, kurioje yra indukcinio ir talpinio tipo elementai, režimas, o fazės poslinkio kampas tarp srovės verčių ir įtampos verčių yra lygus nuliui.
Lygiagrečiai sujungtoje kondensatoriaus ir ritės dalyje stebimas vienodas reaktyvumas, kuris sukelia rezonansą.
Taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad ritės daliai ir kondensatoriui būdingas visiškas aktyviosios varžos nebuvimas, o dėl reaktyvumo lygybės bendri srovės rodikliai yra nešakotoje elektros grandinės dalyje ir didelės srovės vertės. šakos nulis.
Esant sąlygoms lygiagretus ryšys Indukcinė ritė ir kondensatorius sukuria virpesių grandinę, kuri išsiskiria tuo, kad yra svyruojantis generatorius, kuris nėra prijungtas prie grandinės, todėl sistema uždaroma.
Reiškinys, kurį lydi staigus išorinės grandinės srovės verčių amplitudės sumažėjimas, naudojamas lygiagrečiai prijungtam kondensatoriui ir įprastai indukcinei ritei maitinti, kai naudojamos įtampos dažnis artėja prie rezonanso dažnio. srovės arba lygiagretus rezonansas.
Rezonansinės grandinės skaičiavimas
Reikia atsiminti, kad srovės rezonanso reiškinys reikalauja labai kompetentingo ir kruopštaus rezonansinės grandinės skaičiavimo. Ypač svarbu atlikti teisingą ir tikslų skaičiavimą, kai yra lygiagretus ryšys, kuris neleis sistemoje atsirasti trikdžiams. Kad skaičiavimas būtų teisingas, būtina nustatyti galios rodiklius elektros tinklas. Vidutinė standartinė galia, kuri yra išsklaidyta rezonansinės grandinės sąlygomis, gali būti išreikšta kvadratine srove ir įtampa.
Rezonanso sąlygomis standartinis galios koeficientas yra vienetas, o skaičiavimo formulė yra tokia:
Skaičiavimo formulė
Norėdami teisingai nustatyti nulinę varžą rezonanso sąlygomis, turėsite naudoti standartinę formulę:
Rezonanso kreivės
Virpesių dažnio rezonansas apytiksliai apskaičiuojamas pagal šią formulę:
Virpesių grandinės rezonansas
Norint gauti tiksliausius duomenis iš formulių, rekomenduojama nesuapvalinti visų skaičiavimo metu gautų verčių. Kai kurie fizikai apskaičiuoja rezonansinės grandinės reikšmes pagal aktyviosios srovės dydžių vektorinės diagramos metodą. Šiuo atveju kompetentingas skaičiavimas ir teisingas nustatymas prietaisai garantuoja tinkamą taupymą kintamos srovės sąlygomis.
Rezonansinės grandinės pirmiausia naudojamos norint atskirti norimų dažnių signalą dėl kitų signalų filtravimo, todėl nepriklausomi grandinės skaičiavimai turi būti itin tikslūs.
Išvada
Srovės dydžių rezonansas fizikoje yra natūralus reiškinys, kurį lydi staigus virpesių amplitudės padidėjimas sistemoje, atsirandantis dėl natūralių ir išorinių trikdančių dažnių rodiklių sutapimo.
Panašus reiškinių variantas charakterizuoja elektros grandinės su elementų, atstovaujamų aktyviosiomis, indukcinėmis ir talpinėmis apkrovomis, buvimu. Taigi srovės rezonansas yra vienas iš svarbiausi parametrai, dabar yra plačiai naudojami daugelyje šiuolaikinių pramonės šakų, įskaitant pramoninį elektros tiekimą ir radijo ryšius.
Srovės ir įtampos rezonanso reiškinys stebimas indukcinėse-talpinėse grandinėse. Šis reiškinys buvo pritaikytas radijo elektronikoje ir tapo pagrindiniu būdu suderinti imtuvą pagal tam tikrą bangos ilgį. Deja, rezonansas gali pakenkti elektros įrangai ir kabelių linijoms. Fizikoje rezonansas yra kelių sistemų dažnių sutapimas. Pažiūrėkime, kas yra įtampų ir srovių rezonansas, kokią reikšmę jis turi ir kur jis naudojamas elektrotechnikoje.
Induktyvumo ir talpos reaktyvumas
Induktyvumas – tai kūno gebėjimas kaupti energiją magnetiniame lauke. Jam būdingas fazės atsilikimas tarp srovės ir įtampos. Tipiški indukciniai elementai yra droseliai, ritės, transformatoriai, elektros varikliai.
Talpa reiškia elementus, kurie kaupia energiją naudodami elektrinis laukas. Talpiniams elementams būdingas fazės atsilikimas tarp įtampos ir srovės. Talpiniai elementai: kondensatoriai, varikapai.
Šiame straipsnyje į niuansus neatsižvelgiama.
Be išvardytų elementų, kiti taip pat turi tam tikrą induktyvumą ir talpą, pavyzdžiui, elektros kabeliuose, paskirstytuose išilgai jo ilgio.
Talpa ir induktyvumas kintamosios srovės grandinėje
Jei grandinėmis nuolatinė srovė talpa bendrąja prasme reiškia atvirą grandinės atkarpą, o induktyvumas yra laidininkas kintamoje, kondensatoriai ir ritės yra reaktyvusis rezistoriaus analogas.
Induktoriaus reaktyvumas nustatomas pagal formulę:
Vektorinė diagrama:
Kondensatoriaus reaktyvumas:
Čia w – kampinis dažnis, f – dažnis sinusinės srovės grandinėje, L – induktyvumas, C – talpa.
Vektorinė diagrama:
Verta paminėti, kad apskaičiuojant reaktyvius elementus, sujungtus nuosekliai, naudojama formulė:
Atkreipkite dėmesį, kad talpinis komponentas yra paimtas su minuso ženklu. Jei grandinėje taip pat yra aktyvus komponentas (rezistorius), pridėkite jį pagal Pitagoro teoremos formulę (remiantis vektorine diagrama):
Nuo ko priklauso reaktyvumas? Reaktyviosios charakteristikos priklauso nuo talpos arba induktyvumo vertės, taip pat nuo kintamosios srovės dažnio.
Jei pažvelgsite į reaktyviojo komponento formulę, pastebėsite, kad esant tam tikroms talpinio arba indukcinio komponento vertėms, jų skirtumas bus lygus nuliui, tada grandinėje liks tik aktyvioji varža. Tačiau tai ne visos šios situacijos ypatybės.
Įtampos rezonansas
Jei kondensatorius ir induktorius yra sujungti nuosekliai su generatoriumi, tada, jei jų reaktyvumas yra vienodas, atsiras įtampos rezonansas. Šiuo atveju aktyvioji dalis Z turi būti kuo mažesnė.
Verta paminėti, kad induktyvumas ir talpa turi reaktyviąsias savybes tik idealizuotuose pavyzdžiuose. Realiose grandinėse ir elementuose visada yra aktyvi laidininkų varža, nors ji yra labai maža.
Rezonanso metu energija keičiasi tarp induktoriaus ir kondensatoriaus. Idealiuose pavyzdžiuose iš pradžių prijungus energijos šaltinį (generatorių), energija kaupiama kondensatoriuje (arba induktoriuje), o jį išjungus dėl šio mainų atsiranda nuolatiniai svyravimai.
Induktyvumo ir talpos įtampa yra maždaug vienoda, atsižvelgiant į:
Kur X yra atitinkamai Xc talpinė arba XL indukcinė reaktyvumas.
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 talpa mažėja. Kai varžos yra lygios, bendra varža labai sumažėja, kaip parodyta diagramoje:
Pagrindinės grandinės charakteristikos yra kokybės koeficientas (Q) ir dažnis. Jei laikysime grandinę keturių terminalų tinklu, tada jos perdavimo koeficientas po paprastų skaičiavimų sumažinamas iki kokybės koeficiento:
O įtampa grandinės gnybtuose didėja proporcingai grandinės perdavimo koeficientui (kokybės koeficientui).
JK=Uin*Q
Esant įtampos rezonansui, kuo didesnis kokybės koeficientas, tuo didesnė grandinės elementų įtampa viršys prijungto generatoriaus įtampą. Įtampa gali padidėti dešimtis ar šimtus kartų. Tai parodyta diagramoje:
Galios nuostolius grandinėje sukelia tik aktyvioji varža. Energija iš maitinimo šaltinio paimama tik svyravimams palaikyti.
Galios koeficientas bus lygus:
Ši formulė rodo, kad nuostoliai atsiranda dėl aktyviosios galios:
S=P/Cosф
Srovės rezonansas stebimas grandinėse, kuriose induktyvumas ir talpa yra sujungti lygiagrečiai.
Reiškinys susideda iš didelių srovių srauto tarp kondensatoriaus ir ritės, o nešakotoje grandinės dalyje srovė yra nulinė. Tai paaiškinama tuo, kad pasiekus rezonansinį dažnį bendra varža Z didėja. Arba paprasta kalba Skamba taip - rezonanso taške pasiekiama maksimali bendra varžos Z reikšmė, po kurios viena varža didėja, o kita mažėja, priklausomai nuo to, ar dažnis didėja, ar mažėja. Tai aiškiai parodyta diagramoje:
Apskritai, viskas yra panaši į ankstesnį reiškinį, srovės rezonanso atsiradimo sąlygos yra tokios:
- Maitinimo dažnis yra panašus į grandinės rezonansinį dažnį.
- Kintamosios srovės induktyvumo ir talpos laidumas lygus BL=Bc, B=1/X.
Taikymas praktikoje
Panagrinėkime srovių ir įtampų rezonanso naudą ir žalą. Rezonanso reiškinys atnešė didžiausią naudą radijo perdavimo įrangai. Paprastais žodžiais, o imtuvo grandinėje yra prie antenos prijungta ritė ir kondensatorius. Keisdami induktyvumą (pavyzdžiui, perkeldami šerdį) arba talpos vertę (pavyzdžiui, su oro kintamu kondensatoriumi), sureguliuojate rezonansinį dažnį. Dėl to ritės įtampa didėja ir imtuvas pagauna tam tikrą radijo bangą.
Šie reiškiniai gali pakenkti elektrotechnikai, pavyzdžiui, kabelių linijoms. Kabelis parodo induktyvumą ir talpą, paskirstytą per visą jo ilgį, jei įtampa yra tiekiama į ilgą liniją tuščiosios eigos režimu (kai kabelio gale, esančio priešais maitinimo šaltinį, nėra prijungta apkrova). Todėl kyla pavojus, kad įvyks izoliacijos gedimas, kad to būtų išvengta, prijungiamas apkrovos balastas. Be to, panaši situacija gali sukelti nesėkmę Elektroniniai komponentai, matavimo prietaisai ir kita elektros įranga – tai pavojingos šio reiškinio pasekmės.
Išvada
Įtampos ir srovės rezonansas yra įdomus reiškinys, kurį reikia žinoti. Tai pastebima tik indukcinėse-talpinėse grandinėse. Jis negali atsirasti grandinėse su dideliu aktyviuoju pasipriešinimu. Apibendrinkite trumpai atsakydami į pagrindinius klausimus šia tema:
- Kur ir kokiose grandinėse stebimas rezonanso reiškinys?
Indukcinėse-talpinėse grandinėse.
- Kokios yra srovių ir įtampų rezonanso atsiradimo sąlygos?
Atsiranda, kai reaktyvumas yra vienodas. Grandinė turi turėti minimalią aktyviąją varžą, 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 aktyviąją varžą grandinėje arba keičiant dažnį.
Dabar žinote, kas yra srovių ir įtampų rezonansas, kokios yra jo atsiradimo sąlygos ir pritaikymas praktikoje. Norėdami konsoliduoti medžiagą, rekomenduojame žiūrėti naudingą vaizdo įrašą
Virpesių grandinėje, kurios induktyvumas L, talpa C ir varža R, laisvieji elektriniai virpesiai linkę susilpnėti. Kad svyravimai neišblėstų, būtina periodiškai papildyti grandinę energija, tada atsiras priverstiniai svyravimai, kurie nesumažės, nes išorinis EMF kintamasis dabar palaikys virpesius grandinėje.
Jei virpesius palaiko išorinio harmoninio EML šaltinis, kurio dažnis f yra labai artimas virpesių grandinės F rezonansiniam dažniui, tada grandinėje elektrinių virpesių U amplitudė pradės smarkiai didėti, tai yra, elektrinio rezonanso reiškinys.
Pirmiausia panagrinėkime kondensatoriaus C elgseną kintamosios srovės grandinėje. Jei kondensatorius C prijungtas prie generatoriaus, kurio įtampa U gnybtuose kinta pagal harmonikos dėsnį, tai kondensatoriaus plokščių įkrovimas q taip pat keisis pagal harmonikos dėsnį, kaip ir srovė I grandinė. Kuo didesnė kondensatoriaus talpa ir kuo didesnis jam pritaikyto harmoninio EMF dažnis f, tuo didesnė bus srovė I.
Su šiuo faktu siejama vadinamoji kondensatoriaus XC talpinė reaktyvumo idėja, kurią jis įveda į kintamosios srovės grandinę, ribodamas srovę kaip aktyvioji varža R, tačiau, palyginti su aktyvia varža, kondensatorius neišsisklaido. energijos šilumos pavidalu.
Jei aktyvioji varža išsklaido energiją ir taip riboja srovę, tai kondensatorius riboja srovę vien todėl, kad nespėja sutalpinti daugiau įkrovos, nei generatorius gali suteikti per ketvirtį periodo, o kitame periodo ketvirtyje kondensatorius. išleidžia energiją, susikaupusią savo dielektriko elektriniame lauke, atgal į generatorių, tai yra, nors srovė yra ribota, energija neišsisklaido (neatmesime nuostolių laiduose ir dielektrike).
Dabar apsvarstykite induktyvumo L elgesį kintamosios srovės grandinėje. Jei vietoj kondensatoriaus prie generatoriaus yra prijungta ritė su induktyvumu L, tada, kai iš generatoriaus į ritės gnybtus tiekiamas sinusinis (harmoninis) EMF, Savęs sukeltas emf, kadangi srovei pasikeitus per induktyvumą, didėjantis ritės magnetinis laukas linkęs neleisti srovei augti (Lenco dėsnis), tai yra, paaiškėja, kad ritė į kintamosios srovės grandinę įveda indukcinę reaktyvumą XL – papildomai laido varža R.
Kuo didesnis tam tikros ritės induktyvumas ir kuo didesnis generatoriaus srovės dažnis F, tuo didesnė indukcinė varža XL ir mažesnė srovė I, nes srovė tiesiog nespėja įsitvirtinti, nes savaime indukcinė ritės emf jam trukdo. O kas ketvirtį periodo ritės magnetiniame lauke sukaupta energija grįžta į generatorių (praradimų laiduose kol kas nepaisysime).
Bet kurioje tikroje virpesių grandinėje induktyvumas L, talpa C ir aktyvioji varža R yra sujungti nuosekliai.
Induktyvumas ir talpa veikia priešingai srovę kiekviename šaltinio harmoninio EML laikotarpio ketvirtyje: kondensatoriaus plokštelėse, nors srovė mažėja, o kai srovė didėja per induktyvumą, srovė, nors ir patiria indukcinę. atsparumas, didėja ir išlaikomas.
Ir iškrovimo metu: kondensatoriaus iškrovos srovė iš pradžių yra didelė, jo plokščių įtampa linkusi sukurti didelę srovę, o induktyvumas neleidžia srovei didėti, o kuo didesnis induktyvumas, tuo mažesnė iškrovimo srovė. Šiuo atveju aktyvus pasipriešinimas R sukelia grynai aktyvius nuostolius. Tai yra, bendra Z varža, nuosekliai sujungta L, C ir R, esant šaltinio dažniui f, bus lygi:
Iš Ohmo kintamosios srovės dėsnio akivaizdu, kad priverstinių virpesių amplitudė yra proporcinga emf amplitudei ir priklauso nuo dažnio. Bendra grandinės varža bus mažiausia, o srovės amplitudė – didžiausia, jei tam tikru dažniu indukcinė ir talpinė reaktyvinė varža bus lygi viena kitai, tokiu atveju atsiras rezonansas. Iš čia seka virpesių grandinės rezonansinio dažnio formulė:
Kai EML šaltinis, talpa, induktyvumas ir varža yra sujungti nuosekliai vienas su kitu, tada rezonansas tokioje grandinėje vadinamas nuosekliuoju rezonansu arba įtampos rezonansu. Būdinga įtampos rezonanso savybė yra didelė talpos ir induktyvumo įtampa, palyginti su šaltinio emf.
Šios nuotraukos priežastis yra akivaizdi. Pagal Omo dėsnį aktyviojoje varžoje bus įtampa Ur, talpoje – Uc, o induktyvumo – Ul, o nustatę Uc ir Ur santykį, galite rasti kokybės koeficiento Q reikšmę. visoje talpoje bus Q kartus didesnė už šaltinio emf, induktyvumui bus taikoma ta pati įtampa.
Tai reiškia, kad įtampos rezonansas padidina reaktyviųjų elementų įtampą Q kartus, o rezonansinę srovę ribos šaltinio emf, jo vidinis pasipriešinimas o aktyvioji grandinės varža R. Taigi nuosekliosios grandinės varža rezonansiniu dažniu yra minimali.
Įtampos rezonanso reiškinys naudojamas, pavyzdžiui, jei reikia pašalinti iš siunčiamo signalo tam tikro dažnio srovės komponentą, tai nuosekliai sujungto kondensatoriaus ir induktoriaus grandinė yra lygiagrečiai su imtuvu, kad šios LC grandinės rezonansinio dažnio srovė užsidaro per ją ir nepasiekia imtuvo .
Tada srovės, kurių dažnis yra toli nuo LC grandinės rezonansinio dažnio, netrukdomai pateks į apkrovą, o trumpiausią kelią per LC grandinę ras tik srovės, artimos rezonanso dažniui.
Arba atvirkščiai. Jei reikia praleisti tik tam tikro dažnio srovę, tada LC grandinė yra nuosekliai sujungta su imtuvu, tada signalo komponentai grandinės rezonansiniu dažniu pereis į apkrovą beveik be nuostolių, o dažniai toli nuo rezonansas labai susilpnins ir galime teigti, kad jie visai nepasieks apkrovos. Šis principas taikoma radijo imtuvams, kur derinama virpesių grandinė yra suderinta priimti griežtai apibrėžtą norimos radijo stoties dažnį.
Apskritai įtampos rezonansas elektrotechnikoje yra nepageidaujamas reiškinys, nes sukelia viršįtampius ir įrangos gedimus.
Kaip paprastas pavyzdys Galite paminėti ilgą kabelio liniją, kuri dėl kokių nors priežasčių nebuvo prijungta prie apkrovos, bet vis tiek maitinama tarpiniu transformatoriumi. Tokia linija su paskirstyta talpa ir induktyvumu, jei jos rezonansinis dažnis sutampa su maitinimo tinklo dažniu, tiesiog nutrūks ir suges. Siekiant išvengti kabelio sunaikinimo dėl atsitiktinio įtampos rezonanso, naudojama pagalbinė apkrova.
Tačiau kartais įtampos rezonansas patenka į mūsų rankas, ir ne tik radijo imtuvuose. Pavyzdžiui, pasitaiko, kad kaimo vietovėse neprognozuojamai nukrito įtampa tinkle, o mašinai reikia bent 220 voltų įtampos. Šiuo atveju gelbsti įtampos rezonanso reiškinys.
Pakanka nuosekliai prijungti kelis kondensatorius vienoje fazėje su mašina (jei pavara yra asinchroninis variklis), ir taip pakils įtampa ant statoriaus apvijų.
Čia svarbu pasirinkti tinkamą kondensatorių skaičių, kad jie tiksliai kompensuotų savo talpa kartu su apvijų indukcine varža įtampos kritimą tinkle, tai yra šiek tiek priartinus grandinę prie rezonanso. gali padidinti nukritusią įtampą net esant apkrovai.
Kai EMF šaltinis, talpa, induktyvumas ir varža yra sujungti lygiagrečiai, rezonansas tokioje grandinėje vadinamas lygiagrečiu rezonansu arba srovės rezonansu. Būdingas srovės rezonanso bruožas yra didelės srovės per talpą ir induktyvumą, palyginti su šaltinio srove.
Šios nuotraukos priežastis yra akivaizdi. Srovė per aktyviąją varžą pagal Ohmo dėsnį bus lygi U/R, per talpą U/XC, per induktyvumą U/XL, o padarę santykį IL su I galite rasti kokybės koeficiento Q reikšmę. Srovė per induktyvumą bus Q kartų didesnė daugiau dabartiniošaltinio, ta pati srovė tekės kas pusę periodo į kondensatorių ir iš jo.
Tai reiškia, kad dėl srovių rezonanso srovė per reaktyviuosius elementus padidėja Q kartų, o rezonansinį EML ribos šaltinio EML, jo vidinė varža ir grandinės R aktyvioji varža. , esant rezonansiniam dažniui, lygiagrečios virpesių grandinės varža yra didžiausia.
Panašiai kaip įtampos rezonansas, srovės rezonansas naudojamas įvairiuose filtruose. Bet įtraukus į grandinę, lygiagreti grandinė veikia priešingai nei nuoseklioji: lygiagrečiai su apkrova sumontuota lygiagreti virpesių grandinė leis grandinės rezonansinio dažnio srovei pereiti į apkrovą. , nes pačios grandinės varža savo rezonansiniu dažniu yra didžiausia.
Sumontuota nuosekliai su apkrova, lygiagreti svyruojanti grandinė neperduos rezonansinio dažnio signalo, nes grandinėje kris visa įtampa, o apkrova gaus nedidelę rezonansinio dažnio signalo dalį.
Taigi pagrindinis srovės rezonanso pritaikymas radijo inžinerijoje yra didelio pasipriešinimo tam tikro dažnio srovei sukūrimas vamzdiniuose generatoriuose ir aukšto dažnio stiprintuvuose.
Elektros inžinerijoje srovės rezonansas naudojamas norint pasiekti didelį galios koeficientą apkrovoms, turinčioms reikšmingų indukcinių ir talpinių komponentų.
Pavyzdžiui, tai yra kondensatoriai, sujungti lygiagrečiai su apvijomis asinchroniniai varikliai ir transformatoriai, veikiantys žemesne nei vardinė apkrova.
Tokių sprendimų griebiamasi būtent tam, kad būtų pasiektas srovės rezonansas (lygiagretusis rezonansas), kai įrangos indukcinė varža prilyginama prijungtų kondensatorių talpinei reaktyvinei varžai tinklo dažniu, kad reaktyvioji energija cirkuliuotų tarp kondensatorių ir įranga, o ne tarp įrangos ir tinklo; kad tinklas tiektų energiją tik tada, kai įranga apkrauta ir vartoja aktyviąją galią.
Kai įranga neveikia, tinklas lygiagrečiai jungiamas su rezonansine grandine (išoriniai kondensatoriai ir įrangos induktyvumas), o tai sudaro labai didelę kompleksinę tinklo varžą ir leidžia jai mažėti.
