Feszültségrezonancia és áramrezonancia alkalmazása

Az L induktivitású, C kapacitású és R ellenállású oszcillációs áramkörben a szabad elektromos rezgések csillapodnak. Az oszcillációk csillapításának elkerülése érdekében az áramkört időszakonként energiával kell feltölteni, ekkor kényszerrezgések lépnek fel, amelyek nem gyengülnek, mivel az EMF külső változó már támogatja az áramkörben lévő rezgéseket.

Ha a rezgéseket külső harmonikus EMF-forrás támogatja, amelynek f frekvenciája nagyon közel van az F oszcilláló áramkör rezonanciafrekvenciájához, akkor az U elektromos rezgések amplitúdója az áramkörben meredeken megnő, azaz. elektromos rezonancia jelensége.

AC áramkör kapacitása

Először nézzük meg a C kondenzátor viselkedését az AC áramkörben.Ha egy C kondenzátort csatlakoztatunk a generátorhoz, amelynek kivezetésein az U feszültség a harmonikus törvény szerint változik, akkor a kondenzátorlapok töltése a harmonikus törvénynek megfelelően elkezd változni, hasonlóan az áramkörben lévő I áramhoz . Minél nagyobb a kondenzátor kapacitása és minél nagyobb a rá alkalmazott harmonikus emf f frekvenciája, annál nagyobb az I áram.

Ez a tény összefügg az ún Az XC kondenzátor kapacitása, amelyet bevezet a váltakozó áramkörbe, korlátozza az áramot, hasonlóan az R aktív ellenálláshoz, de az aktív ellenálláshoz képest a kondenzátor nem oszlat el energiát hő formájában.

Ha az aktív ellenállás disszipálja az energiát, és így korlátozza az áramerősséget, akkor a kondenzátor egyszerűen azért korlátozza az áramerősséget, mert nincs ideje több töltést tárolni, mint amennyit a generátor tud adni egy negyed periódus alatt, sőt, a következő negyed periódusban, a kondenzátor a dielektrikum elektromos mezőjében felhalmozódott energiát visszaadja a generátornak, vagyis bár az áram korlátozott, az energia nem disszipálódik (elhanyagoljuk a vezetékekben és a dielektrikumban jelentkező veszteségeket).

AC induktivitás

Most nézzük meg az L induktivitás viselkedését egy váltakozó áramú áramkörben.Ha kondenzátor helyett L induktivitású tekercset csatlakoztatunk a generátorhoz, akkor amikor a generátorból szinuszos (harmonikus) EMF-et táplálunk a tekercs kivezetéseihez, önindukciós EMF-nek tűnik, mert amikor az induktivitáson átmenő áram változik, a tekercs növekvő mágneses tere hajlamos megakadályozni az áram növekedését (Lenz-törvény), vagyis úgy tűnik, hogy a tekercs XL induktív ellenállást visz be a váltakozó áramú áramkörbe – a vezeték mellett ellenállás R.

Minél nagyobb egy adott tekercs induktivitása és minél nagyobb a generátoráram F frekvenciája, annál nagyobb az XL induktív ellenállás és annál kisebb az I áram, mert az áramnak egyszerűen nincs ideje leülepedni, mert az öninduktivitás EMF a tekercs zavarja azt. A periódus minden negyedében pedig a tekercs mágneses mezőjében tárolt energia visszakerül a generátorba (a vezetékek veszteségeit egyelőre figyelmen kívül hagyjuk).

Impedancia, R-t figyelembe véve

Minden valós rezgőkörben az L induktivitás, a C kapacitás és az R aktív ellenállás sorba van kötve.

Az induktivitás és a kapacitás ellentétes módon hatnak az áramra a forrás harmonikus EMF periódusának minden negyedében: a kondenzátor lemezein töltés közben nő a feszültség, bár az áram csökken, és ahogy az áram az induktivitáson keresztül növekszik, az áram, bár induktív ellenállást tapasztal, de növekszik és megmarad.

És kisülés közben: a kondenzátor kisülési árama kezdetben nagy, a lemezeken lévő feszültség nagy áramot hoz létre, és az induktivitás megakadályozza az áram növekedését, és minél nagyobb az induktivitás, annál kisebb lesz a kisülési áram. Ebben az esetben az R aktív ellenállás tisztán aktív veszteségeket okoz, vagyis az f forrásfrekvencián sorba kapcsolt L, C és R impedanciája Z egyenlő lesz:

Ohm törvénye a váltakozó áramra

A váltakozó áramra vonatkozó Ohm-törvényből nyilvánvaló, hogy a kényszerrezgések amplitúdója arányos az EMF amplitúdójával, és függ a frekvenciától. Az áramkör teljes ellenállása a legkisebb, az áram amplitúdója a legnagyobb, feltéve, hogy az induktív ellenállás és a kapacitás egy adott frekvencián megegyezik egymással, ebben az esetben rezonancia lép fel. Az oszcilláló áramkör rezonanciafrekvenciájának képlete is innen származik:

Feszültségrezonancia

Ha az EMF-forrás, a kapacitás, az induktivitás és az ellenállás sorba vannak kapcsolva egymással, akkor az ilyen áramkörben a rezonanciát soros rezonanciának vagy feszültségrezonanciának nevezzük. A feszültségrezonancia jellemzője a forrás EMF-jéhez képest jelentős feszültségek a kapacitáson és az induktivitáson.

Egy ilyen kép megjelenésének oka nyilvánvaló. Az aktív ellenálláson az Ohm-törvény szerint Ur feszültség, az Uc kapacitáson, az Ul induktivitáson, és az Uc: Ur arányának elkészítése után megtaláljuk a Q minőségi tényező értékét.A kapacitáson a feszültség Q-szorosa a forrás EMF-jének, és ugyanaz a feszültség lesz az induktivitásra is.

Vagyis a feszültségrezonancia a reaktív elemek feszültségének Q-szoros növekedéséhez vezet, és a rezonanciaáramot a forrás EMF-je, belső ellenállása és az R áramkör aktív ellenállása korlátozza. , a soros áramkör ellenállása a rezonanciafrekvencián minimális.

Alkalmazzon feszültségrezonanciát

A feszültségrezonancia jelenségét használják különféle típusú elektromos szűrőkha például egy bizonyos frekvenciájú áramkomponenst el kell távolítani az átvitt jelből, akkor a vevővel párhuzamosan egy kondenzátorból és egy induktorból álló áramkört kell párhuzamosan elhelyezni, így ennek rezonanciafrekvenciás árama. Az LC áramkör zárva lenne rajta keresztül, és nem érik el a vevőt.

Ekkor az LC-áramkör rezonanciafrekvenciájától távol eső frekvenciájú áramok akadálytalanul jutnak át a terhelésbe, és csak a frekvenciában a rezonanciához közeli áramok találják meg a legrövidebb utat az LC-áramkörön keresztül.

Vagy fordítva. Ha csak egy bizonyos frekvenciájú áramot kell átadni, akkor az LC-áramkör sorba van kötve a vevővel, akkor az áramkör rezonanciafrekvenciáján lévő jelkomponensek szinte veszteség nélkül átjutnak a terhelésre, és a frekvenciák messze a rezonancia jelentősen gyengül, és azt mondhatjuk, hogy egyáltalán nem érik el a terhelést. Ez az elv azokra a rádióvevőkre vonatkozik, amelyeknél egy hangolható oszcilláló áramkört a kívánt rádióállomás szigorúan meghatározott frekvenciájának vételére hangolnak.

Általánosságban elmondható, hogy a feszültségrezonancia az elektrotechnikában nemkívánatos jelenség, mert túlfeszültséget és berendezéskárosodást okoz.

Egy egyszerű példa egy hosszú kábelvezeték, amely valamiért nem csatlakozik a terheléshez, ugyanakkor közbenső transzformátor táplálja. Egy ilyen elosztott kapacitású és induktivitású vezeték, ha rezonanciafrekvenciája egybeesik a táphálózat frekvenciájával, egyszerűen levágódik és meghibásodik. A véletlen rezonanciafeszültség okozta kábelkárosodás elkerülése érdekében további terhelést kell alkalmazni.

De néha a feszültségrezonancia a kezünkben játszik, nem csak a rádiókban. Például előfordul, hogy vidéken a hálózat feszültsége kiszámíthatatlanul leesett, és a gépnek legalább 220 voltos feszültségre van szüksége. Ebben az esetben a feszültségrezonancia jelensége ment meg.

Elegendő fázisonként több kondenzátort sorba kapcsolni a géppel (ha a hajtás benne aszinkron motor), és így megemelkedik az állórész tekercseinek feszültsége.

Itt fontos a megfelelő számú kondenzátor kiválasztása, hogy azok kapacitív ellenállásukkal és a tekercsek induktív ellenállásával pontosan kompenzálják a hálózat feszültségesését, vagyis az áramkört kissé megközelítve a rezonanciát növelheti. a feszültségesés még terhelés alatt is.

Az áramok rezonanciája

Ha az EMF-forrást, a kapacitást, az induktivitást és az ellenállást párhuzamosan kapcsolják egymással, akkor az ilyen áramkörben a rezonanciát párhuzamos rezonanciának vagy áramrezonanciának nevezik.Az áramrezonancia jellemzője a forrásáramhoz képest a kapacitáson és az induktivitáson átmenő jelentős áramok.

Egy ilyen kép megjelenésének oka nyilvánvaló. Az Ohm-törvény szerinti aktív ellenálláson áthaladó áram egyenlő lesz U / R-vel, az U / XC kapacitáson, az U / XL induktivitáson keresztül és az IL-I arány összeállításával megtalálhatja a minőségi tényező értékét. K. Az induktivitáson áthaladó áram Q-szorosa a forrásáramnak, ugyanaz az áram folyik majd félperiódusonként a kondenzátorba és onnan ki.

Vagyis az áramok rezonanciája a reaktív elemeken áthaladó áram Q-szoros növekedéséhez vezet, és a rezonáns EMF-et korlátozza a forrás emf-je, belső ellenállása és az R áramkör aktív ellenállása. Így a rezonancia frekvencián a párhuzamos rezgőkör ellenállása maximális.

Rezonáns áramok alkalmazása

A feszültségrezonanciához hasonlóan az áramrezonanciát különféle szűrőkben használják. De az áramkörhöz csatlakoztatva a párhuzamos áramkör ellentétes módon működik, mint a soros esetén: a terheléssel párhuzamosan telepített párhuzamos oszcilláló áramkör lehetővé teszi az áramkör rezonanciafrekvenciájának áramát a terhelésbe. , mert magának az áramkörnek az ellenállása a saját rezonanciafrekvenciáján maximális.

A terheléssel sorba szerelve a párhuzamos oszcilláló áramkör nem továbbítja a rezonanciafrekvenciás jelet, mert az összes feszültség az áramkörre esik, és a terhelésnek lesz egy kis része a rezonanciafrekvenciás jelnek.

Tehát az áramrezonancia fő alkalmazása a rádiótechnikában az, hogy nagy ellenállást hozzon létre egy bizonyos frekvenciájú áramhoz a csőgenerátorokban és a nagyfrekvenciás erősítőkben.

Az elektrotechnikában az áramrezonanciát a terhelések nagy teljesítménytényezőjének elérésére használják jelentős induktív és kapacitív komponensekkel.

Például, meddőteljesítmény kompenzációs egységek (KRM) A névleges alatti terhelés mellett működő aszinkron motorok és transzformátorok tekercseivel párhuzamosan kapcsolt kondenzátorok.

Az ilyen megoldásokat pontosan az áramok rezonanciájának (párhuzamos rezonancia) elérése érdekében alkalmazzák, amikor a berendezés induktív ellenállása megegyezik a csatlakoztatott kondenzátorok kapacitásával a hálózat frekvenciáján, így a meddőenergia kering a kondenzátorok között. és nem a berendezés és a hálózat között; így a hálózat csak akkor bocsát ki áramot, ha a berendezés fel van töltve és aktív energiát fogyaszt.

Ha a berendezés nem működik, a hálózat párhuzamosan csatlakozik a rezonáns áramkörrel (külső kondenzátorok és a berendezés induktivitása), ami nagyon nagy komplex impedanciát jelent a hálózat számára, és lehetővé teszi annak csökkentését. teljesítménytényező.