Feszültségrezonancia
Ha az AC áramkör sorba van kötve induktor és kondenzátor, akkor a maguk módján hatnak az áramkört tápláló generátorra és az áram és feszültség közötti fáziskapcsolatokra.
Az induktor fáziseltolódást vezet be, ahol az áram negyed periódussal lemarad a feszültségtől, míg a kondenzátor ezzel szemben az áramkör feszültségét negyed periódussal késlelteti. Így az induktív ellenállás hatása az áram és a feszültség közötti fáziseltolódásra az áramkörben ellentétes a kapacitív ellenállás hatásával.
Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy az áramkörben az áram és a feszültség közötti teljes fáziseltolódás az induktív és kapacitív ellenállásértékek arányától függ.
Ha az áramkör kapacitív ellenállásának értéke nagyobb, mint az induktívé, akkor az áramkör kapacitív jellegű, vagyis a feszültség fázisban elmarad az áramerősségtől. Ha éppen ellenkezőleg, az áramkör induktív ellenállása nagyobb, mint a kapacitív, akkor a feszültség vezeti az áramot, és ezért az áramkör induktív.
Az általunk figyelembe vett áramkör Xtot teljes reaktanciáját az XL tekercs induktív ellenállásának és az XC kondenzátor kapacitív ellenállásának összeadásával határozzuk meg.
De mivel ezeknek az ellenállásoknak a hatása az áramkörben ellentétes, akkor az egyikhez, nevezetesen az Xc-hez mínusz jelet rendelünk, és a teljes reaktanciát a következő képlet határozza meg:
Alkalmazzon erre az áramkörre Ohm törvénye, kapunk:
Ez a képlet a következőképpen alakítható át:
Az eredményül kapott egyenletben AzxL - az áramkör teljes feszültségének azon összetevőjének effektív értéke, amely legyőzi az áramkör induktív ellenállását, és AzNSC - az áramkör teljes feszültségének komponensének effektív értéke, amely leküzdeni a kapacitív ellenállást.
Így egy tekercs és egy kondenzátor soros kapcsolásából álló áramkör teljes feszültsége két tagból állónak tekinthető, amelyek értéke az induktív és kapacitív ellenállás értékétől függ. áramkör.
Úgy gondoltuk, hogy egy ilyen áramkörnek nincs aktív ellenállása. Azokban az esetekben azonban, amikor az áramkör aktív ellenállása már nem olyan kicsi, hogy elhanyagolható legyen, az áramkör teljes ellenállását a következő képlet határozza meg:
ahol R az áramkör teljes aktív ellenállása, XL -NSC – a teljes reaktanciája. Áttérve az Ohm-törvény képletére, jogunk van a következőket írni:
AC feszültség rezonancia
A sorba kapcsolt induktív és kapacitív ellenállások kisebb fáziseltolódást okoznak az áram és a feszültség között egy váltakozó áramú áramkörben, mintha külön lenne az áramkörben.
Más szóval, az áramkörben e két eltérő természetű reakció egyidejű hatásából a fáziseltolódás kompenzációja (kölcsönös megsemmisülése) következik be.
Teljes kompenzáció, pl. az áram és a feszültség közötti fáziseltolódás teljes kiküszöbölése egy ilyen áramkörben akkor következik be, ha az induktív ellenállás egyenlő az áramkör kapacitív ellenállásával, azaz ha XL = XC vagy, ami ugyanaz, ha ωL = 1 / ωC.
Ebben az esetben az áramkör tisztán aktív ellenállásként fog viselkedni, vagyis mintha nem lenne se tekercse, se kondenzátora. Ennek az ellenállásnak az értékét a tekercs és a csatlakozó vezetékek aktív ellenállásainak összege határozza meg. Ahol effektív áram az áramkörben a legnagyobb lesz, és az Ohm-törvény I = U / R képlete határozza meg, ahol Z helyébe most R lép.
Ugyanakkor az UL = AzxL tekercsre és az Uc = AzNSCC kondenzátorra ható feszültségek egyenlőek és a lehető legnagyobbak lesznek. Az áramkör alacsony aktív ellenállása mellett ezek a feszültségek sokszorosan meghaladhatják az áramköri kapcsok teljes U feszültségét. Ezt az érdekes jelenséget az elektrotechnikában feszültségrezonanciának nevezik.
ábrán. Az 1. ábra a feszültségek, áramok és teljesítmény görbéit mutatja rezonanciafeszültségeknél az áramkörben.
A feszültségáram és teljesítmény grafikonja feszültségrezonancián
Figyelembe kell venni, hogy az XL és C ellenállások olyan változók, amelyek az áram frekvenciájától függenek, és érdemes legalább egy kicsit változtatni a frekvencián, például növelni, ha XL = ωL nő, és XSC = = 1 / ωC csökkenni fog, így az áramkörben a feszültségrezonancia azonnal megzavarodik, míg az aktív ellenállással együtt a reaktancia is megjelenik az áramkörben. Ugyanez történik, ha megváltoztatja az áramkör induktivitásának vagy kapacitásának értékét.
Feszültségrezonanciával az áramforrás teljesítményét csak az áramkör aktív ellenállásának leküzdésére, azaz a vezetékek melegítésére fordítják.
Valójában egyetlen induktív tekercses áramkörben energiaingadozások lépnek fel, pl. időszakos energiaátvitel a generátortól a mágneses mező tekercsek. Egy kondenzátoros áramkörben ugyanez történik, de a kondenzátor elektromos mezőjének energiája miatt. Egy kondenzátorral és egy feszültségrezonancián lévő induktorral (ХL = XС) rendelkező áramkörben az áramkör által tárolt energia periodikusan átmegy a tekercsből a kondenzátorba és fordítva, és csak az az energiafogyasztás, amely szükséges az aktív ellenállás leküzdéséhez. az áramkör az áramforrás részesedésére esik. Ezért az energiacsere a kondenzátor és a tekercs között szinte a generátor részvétele nélkül megy végbe.
Csak egy feszültségrezonanciát kell értékkel megtörni, hogyan válik a tekercs mágneses terének energiája egyenlőtlenné a kondenzátor elektromos mezőjének energiájával, és a mezők közötti energiacsere folyamatában többlet energia keletkezik. megjelennek, amely időszakonként kifolyik a forrásból az áramkörben, majd visszatáplálja az áramkörbe.
Ez a jelenség nagyon hasonlít ahhoz, ami az óraműben történik. Egy óra inga rugó (vagy egy órajáróban lévő súly) nélkül is képes lenne folyamatosan ingadozni, ha nem lennének a súrlódási erők, amelyek lassítják a mozgását.
A rugó azáltal, hogy energiájának egy részét a megfelelő pillanatban átadja az ingának, segíti a súrlódási erők leküzdését, ezáltal a rezgés folytonosságát.
Hasonlóképpen egy elektromos áramkörben, amikor rezonancia lép fel benne, az áramforrás csak az áramkör aktív ellenállásának leküzdésére fordítja az energiáját, ezzel segítve a benne zajló rezgési folyamatot.
Így arra a következtetésre jutunk, hogy egy váltóáramú áramkör, amely egy generátorból és egy sorba kapcsolt induktorból és kondenzátorból áll, bizonyos feltételek mellett XL = XС rezgőrendszerré válik... Ezt az áramkört oszcilláló áramkörnek nevezték el.
Az XL = XС egyenletből meghatározható a generátor azon frekvenciájának értéke, amelynél a feszültségrezonancia jelensége fellép:
Az áramkör kapacitásának és induktivitásának jelentése, ahol feszültségrezonancia lép fel:
Így e három mennyiség (eres, L és C) bármelyikének megváltoztatásával lehetséges az áramkörben feszültségrezonancia előidézése, vagyis az áramkör oszcilláló áramkörré alakítása.
Példa a feszültségrezonancia hasznos alkalmazására: A vevő bemeneti áramkörét egy változó kondenzátor (vagy variométer) állítja be úgy, hogy benne feszültségrezonancia keletkezzen. Ezzel nagymértékben megnő a vevő normál működéséhez szükséges tekercsfeszültség az antenna által létrehozott áramköri feszültséghez képest.
A feszültségrezonancia jelenségének elektrotechnikában való hasznos felhasználása mellett gyakran előfordulnak olyan esetek, amikor a feszültségrezonancia káros Az áramkör egyes szakaszaiban (a tekercsen vagy a kondenzátoron) a feszültséghez képest nagy feszültségnövekedés A generátor meghibásodása különálló alkatrészek és mérőeszközök károsodásához vezethet.