Penggunaan resonans voltan dan resonans arus

Dalam litar ayunan kearuhan L, kemuatan C, dan rintangan R, ayunan elektrik bebas cenderung menjadi lembap. Untuk mengelakkan ayunan daripada redaman, adalah perlu untuk mengisi semula litar secara berkala dengan tenaga, kemudian ayunan paksa akan berlaku, yang tidak akan lemah, kerana pembolehubah luaran EMF sudah akan menyokong ayunan dalam litar.

Jika ayunan disokong oleh sumber EMF harmonik luaran, yang frekuensi f sangat hampir dengan frekuensi resonans litar berayun F, maka amplitud ayunan elektrik U dalam litar akan meningkat dengan mendadak, i.e. fenomena resonans elektrik.

Kapasiti litar AC

Mari kita pertimbangkan terlebih dahulu kelakuan kapasitor C dalam litar AC.Jika kapasitor C disambungkan kepada penjana, voltan U pada terminal yang berubah mengikut undang-undang harmonik, maka cas pada plat kapasitor akan mula berubah mengikut undang-undang harmonik, sama dengan arus I dalam litar . Semakin besar kapasitansi kapasitor dan semakin tinggi frekuensi f bagi emf harmonik yang digunakan padanya, semakin besar arus I.

Fakta ini berkaitan dengan idea yang dipanggil Kapasitansi kapasitor XC, yang dimasukkan ke dalam litar arus ulang-alik, mengehadkan arus, sama dengan rintangan aktif R, tetapi berbanding dengan rintangan aktif, kapasitor tidak menghilangkan tenaga dalam bentuk haba.

Jika rintangan aktif menghilangkan tenaga dan dengan itu mengehadkan arus, maka kapasitor mengehadkan arus semata-mata kerana ia tidak mempunyai masa untuk menyimpan lebih banyak caj daripada yang boleh diberikan oleh penjana dalam tempoh suku, lebih-lebih lagi, pada suku berikutnya tempoh, kapasitor melepaskan tenaga terkumpul dalam medan elektrik dielektriknya, kembali ke penjana, iaitu, walaupun arus terhad, tenaga tidak hilang (kita akan mengabaikan kerugian dalam wayar dan dalam dielektrik).

Kearuhan AC

Sekarang pertimbangkan kelakuan induktansi L dalam litar AC.Jika, bukannya kapasitor, gegelung kearuhan L disambungkan kepada penjana, maka apabila EMF sinusoidal (harmonik) dibekalkan dari penjana ke terminal gegelung, ia akan mula kelihatan EMF aruhan diri, kerana apabila arus melalui kearuhan berubah, medan magnet gegelung yang semakin meningkat cenderung untuk menghalang arus daripada meningkat (hukum Lenz), iaitu, gegelung nampaknya memperkenalkan rintangan induktif XL ke dalam litar AC — sebagai tambahan kepada wayar rintangan R.

Semakin besar kearuhan gegelung yang diberikan dan semakin tinggi frekuensi F arus penjana, semakin tinggi rintangan aruhan XL dan semakin kecil arus I kerana arus tidak mempunyai masa untuk mendap kerana EMF bagi kearuhan diri gegelung mengganggunya. Dan setiap suku tempoh, tenaga yang disimpan dalam medan magnet gegelung dikembalikan kepada penjana (kami akan mengabaikan kerugian dalam wayar buat masa ini).

Impedans, dengan mengambil kira R

Dalam mana-mana litar berayun sebenar, kearuhan L, kemuatan C dan rintangan aktif R disambung secara bersiri.

Kearuhan dan kemuatan bertindak pada arus dengan cara yang bertentangan dalam setiap suku tempoh EMF harmonik sumber: pada plat kapasitor voltan meningkat semasa pengecasan, walaupun arus berkurangan, dan apabila arus meningkat melalui induktansi, arus, walaupun ia mengalami rintangan aruhan, tetapi meningkat dan dikekalkan.

Dan semasa nyahcas: arus nyahcas kapasitor pada mulanya besar, voltan pada platnya cenderung untuk mewujudkan arus yang besar, dan induktansi menghalang arus daripada meningkat, dan semakin besar kearuhan, semakin rendah arus nyahcas. Dalam kes ini, rintangan aktif R memperkenalkan kerugian aktif semata-mata. Iaitu, impedans Z bagi L, C dan R yang disambung secara bersiri, pada frekuensi sumber f, akan sama dengan:

Hukum Ohm untuk arus ulang alik

Daripada undang-undang Ohm untuk arus ulang-alik, adalah jelas bahawa amplitud ayunan paksa adalah berkadar dengan amplitud EMF dan bergantung pada frekuensi. Jumlah rintangan litar akan menjadi yang terkecil dan amplitud arus akan menjadi yang terbesar, dengan syarat rintangan induktif dan kapasitansi pada frekuensi tertentu adalah sama antara satu sama lain, dalam kes ini resonans akan berlaku. Formula untuk frekuensi resonans litar berayun juga diperolehi dari sini:

Resonans voltan

Apabila sumber EMF, kapasitansi, kearuhan dan rintangan disambung secara bersiri antara satu sama lain, maka resonans dalam litar sedemikian dipanggil resonans siri atau resonans voltan. Ciri ciri resonans voltan ialah voltan ketara pada kapasitansi dan pada induktansi berbanding dengan EMF sumber.

Sebab kemunculan gambar sedemikian adalah jelas. Pada rintangan aktif, mengikut undang-undang Ohm, akan ada voltan Ur, pada kapasitans Uc, pada kearuhan Ul, dan selepas membuat nisbah Uc kepada Ur, kita boleh mencari nilai faktor kualiti Q.Voltan merentasi kapasiti akan menjadi Q kali ganda EMF sumber, voltan yang sama akan digunakan pada kearuhan.

Iaitu, resonans voltan membawa kepada peningkatan voltan pada unsur reaktif dengan faktor Q, dan arus resonans akan dihadkan oleh EMF sumber, rintangan dalamannya dan rintangan aktif litar R. Oleh itu , rintangan litar bersiri pada frekuensi resonan adalah minimum.

Gunakan resonans voltan

Fenomena resonans voltan digunakan dalam penapis elektrik pelbagai jenis, sebagai contoh, jika perlu untuk mengeluarkan komponen semasa frekuensi tertentu daripada isyarat yang dihantar, maka litar kapasitor dan induktor yang disambungkan secara bersiri diletakkan selari dengan penerima, supaya arus frekuensi resonansi ini Litar LC akan ditutup melaluinya dan ia tidak akan sampai ke penerima.

Kemudian arus frekuensi yang jauh dari frekuensi resonans litar LC akan melalui tanpa halangan ke dalam beban, dan hanya arus yang hampir dengan resonans dalam frekuensi akan mencari laluan terpendek melalui litar LC.

Atau sebaliknya. Sekiranya perlu untuk menghantar hanya arus frekuensi tertentu, maka litar LC disambungkan secara bersiri dengan penerima, maka komponen isyarat pada frekuensi resonans litar akan mengalir ke beban hampir tanpa kehilangan, dan frekuensi jauh dari resonans akan menjadi lemah dengan ketara dan kita boleh mengatakan bahawa mereka tidak akan mencapai beban sama sekali. Prinsip ini terpakai kepada penerima radio di mana litar berayun boleh tala ditala untuk menerima frekuensi yang ditetapkan dengan ketat bagi stesen radio yang dikehendaki.

Secara umumnya, resonans voltan dalam kejuruteraan elektrik adalah fenomena yang tidak diingini kerana ia menyebabkan voltan lampau dan kerosakan peralatan.

Contoh mudah ialah talian kabel panjang, yang atas sebab tertentu ternyata tidak disambungkan ke beban, tetapi pada masa yang sama ia diberi makan oleh pengubah perantaraan. Talian sedemikian dengan kapasitans dan induktansi teragih, jika frekuensi resonansinya bertepatan dengan frekuensi rangkaian bekalan, hanya akan terputus dan gagal. Untuk mengelakkan kerosakan kabel daripada voltan resonan yang tidak disengajakan, beban tambahan dikenakan.

Tetapi kadangkala resonans voltan bermain di tangan kita, bukan hanya radio. Sebagai contoh, ia berlaku bahawa di kawasan luar bandar voltan dalam rangkaian telah menurun tanpa diduga dan mesin memerlukan voltan sekurang-kurangnya 220 volt. Dalam kes ini, fenomena resonans voltan menjimatkan.

Ia cukup untuk memasukkan beberapa kapasitor setiap fasa secara bersiri dengan mesin (jika pemacu di dalamnya adalah motor tak segerak), dan dengan itu voltan pada belitan stator akan meningkat.

Di sini adalah penting untuk memilih bilangan kapasitor yang betul supaya mereka betul-betul mengimbangi penurunan voltan dalam rangkaian dengan rintangan kapasitif mereka bersama-sama dengan rintangan induktif belitan, iaitu, dengan sedikit mendekati litar ke resonans, anda boleh meningkatkan penurunan voltan walaupun di bawah beban.

Resonans arus

Apabila sumber EMF, kapasitansi, kearuhan dan rintangan disambungkan selari antara satu sama lain, maka resonans dalam litar sedemikian dipanggil resonans selari atau resonans semasa.Ciri ciri resonans semasa ialah arus ketara melalui kemuatan dan kearuhan berbanding arus sumber.

Sebab kemunculan gambar sedemikian adalah jelas. Arus melalui rintangan aktif mengikut undang-undang Ohm akan sama dengan U / R, melalui kapasitansi U / XC, melalui kearuhan U / XL dan dengan mengarang nisbah IL kepada I, anda boleh mencari nilai faktor kualiti Q. Arus melalui kearuhan akan menjadi Q kali arus punca, arus yang sama akan mengalir setiap separuh tempoh ke dalam dan keluar dari kapasitor.

Iaitu, resonans arus membawa kepada peningkatan arus melalui unsur reaktif dengan faktor Q, dan EMF resonan akan dihadkan oleh emf sumber, rintangan dalamannya dan rintangan aktif litar R. Oleh itu, pada frekuensi resonans, rintangan litar berayun selari adalah maksimum.

Aplikasi arus resonans

Seperti resonans voltan, resonans semasa digunakan dalam pelbagai penapis. Tetapi disambungkan ke litar, litar selari bertindak dengan cara yang bertentangan berbanding dalam kes siri satu: dipasang selari dengan beban, litar berayun selari akan membenarkan arus frekuensi resonan litar untuk masuk ke dalam beban. , kerana rintangan litar itu sendiri pada frekuensi resonansnya sendiri adalah maksimum.

Dipasang secara bersiri dengan beban, litar berayun selari tidak akan menghantar isyarat frekuensi resonans, kerana semua voltan akan jatuh pada litar, dan beban akan mempunyai sebahagian kecil daripada isyarat frekuensi resonans.

Jadi, aplikasi utama resonans semasa dalam kejuruteraan radio ialah penciptaan rintangan yang besar untuk arus frekuensi tertentu dalam penjana tiub dan penguat frekuensi tinggi.

Dalam kejuruteraan elektrik, resonans semasa digunakan untuk mencapai faktor kuasa tinggi beban dengan komponen induktif dan kapasitif yang ketara.

Sebagai contoh, unit pampasan kuasa reaktif (KRM) adalah kapasitor yang disambungkan selari dengan belitan motor tak segerak dan transformer yang beroperasi di bawah beban di bawah penarafan.

Penyelesaian sedemikian digunakan dengan tepat untuk mencapai resonans arus (resonans selari), apabila rintangan induktif peralatan adalah sama dengan kapasiti kapasitor yang disambungkan pada frekuensi rangkaian, supaya tenaga reaktif beredar di antara kapasitor. dan peralatan, dan bukan antara peralatan dan rangkaian; jadi grid hanya mengeluarkan kuasa apabila peralatan dicas dan menggunakan kuasa aktif.

Apabila peralatan tidak berfungsi, rangkaian ternyata disambungkan selari dengan litar resonan (kapasitor luaran dan induktansi peralatan), yang mewakili impedans kompleks yang sangat besar untuk rangkaian dan membolehkan untuk mengurangkan faktor kuasa.