Care este rezonanța curenților și tensiunilor
Reactanța și capacitanța de inductanță
Inductanța este capacitatea corpului de a acumula energie într-un câmp magnetic. Se caracterizează printr-un decalaj de curent de la tensiune în fază. Elementele inductive tipice sunt motoarele electrice, bobine, transformatoare.
Capacitatea se referă la elementele care stochează energia printr-un câmp electric. Elementele capacitive sunt caracterizate printr-un decalaj de fază de tensiune de la curent. Elemente capacitive: condensatori, varicaps.
Proprietățile lor de bază sunt date, nuanțele din acest articol nu sunt luate în considerare.
În plus față de elementele enumerate, altele au și o anumită inductanță și capacitate, de exemplu, în cablurile electrice distribuite pe lungimea sa.
Capacitate și inductanță într-un circuit de curent alternativ
Dacă în circuitele cu curent continuu, capacitatea în sens general este o parte ruptă a circuitului, iar inductanța este un conductor, atunci în condensatoarele alternative și bobine sunt un analog reactiv al unui rezistor.
Reactanța inductorului este determinată de formula:
Diagrama vectorială:
Reactanță condensator:
Aici w este frecvența unghiulară, f este frecvența în circuitul curentului sinusoidal, L este inductanța, C este capacitanța.
Diagrama vectorială:
De remarcat este faptul că, în calculul elementelor reactive conectate în serie, se folosește formula:
Vă rugăm să rețineți că componenta capacitivă este luată cu un semn minus. Dacă componenta activă (rezistența) este de asemenea prezentă în circuit, atunci adăugați conform formulei teoremei pitagoree (bazată pe diagrama vectorială):
De ce depinde reacția? Caracteristicile reactive depind de valoarea capacitanței sau inductanței, precum și de frecvența curentului alternativ.
Dacă priviți formula componentei reactive, puteți vedea că pentru anumite valori ale componentei capacitive sau inductive, diferența lor va fi zero, atunci doar rezistența va rămâne în circuit. Dar acestea nu sunt toate caracteristicile unei astfel de situații.
Rezonanță de tensiune
Dacă un condensator și un inductor sunt conectați în serie cu un generator, cu condiția ca reactanța lor să fie egală, va apărea o rezonanță de tensiune. În acest caz, partea activă Z ar trebui să fie cât mai mică.
Este de remarcat faptul că inductanța și capacitatea au doar calități reactive doar în exemple idealizate. În circuitele și elementele reale, rezistența activă a conductoarelor este întotdeauna prezentă, deși este extrem de mică.
La rezonanță, un schimb de energie are loc între inductor și condensator. În exemple ideale, în timpul conexiunii inițiale a unei surse de energie (generator), energia este acumulată în condensator (sau inductor) și după ce este oprit, apar oscilații nedeteriorate din cauza acestui schimb.
Tensiunile la inductanțe și capacități sunt aproximativ aceleași, conform Legea lui Ohm:
U = I / X
În cazul în care X este capacitivul Xc sau, respectiv, inductanța XL.
Un circuit format din inductanță și capacitate se numește circuit oscilator. Frecvența sa este calculată după formula:
Perioada de oscilație este determinată de formula Thompson:
Deoarece reactanța depinde de frecvență, rezistența la inductanță crește odată cu creșterea frecvenței și scade la capacitate. Când rezistențele sunt egale, rezistența totală este foarte redusă, ceea ce este reflectat în grafic:
Principalele caracteristici ale circuitului sunt factorul de calitate (Q) și frecvența. Dacă considerăm circuitul ca un patru terminale, atunci coeficientul său de transmisie după calcule simple se reduce la factorul de calitate:
K = q
Și tensiunea la bornele circuitului crește proporțional cu coeficientul de transfer (factorul de calitate) al circuitului.
Marea Britanie = Uin * Q
Cu rezonanța de tensiune, cu cât este mai mare factorul de calitate, cu atât tensiunea pe elementele circuitului va depăși tensiunea generatorului conectat. Tensiunea poate crește de zeci sau de sute de ori. Acest lucru este prezentat în grafic:
Pierderile de putere din circuit se datorează numai prezenței unei rezistențe active. Energia din sursa de energie este preluată numai pentru a menține fluctuațiile.
Factorul de putere va fi egal cu:
cosФ = 1
Această formulă arată că pierderile apar din cauza puterii active:
S = P / Cosph
Curenții de rezonanță
Rezonanța de curent se observă în circuitele unde inductanța și capacitatea sunt conectate în paralel.
Fenomenul constă în curgerea curenților mari între condensator și bobină, la curentul zero în partea neînlocuită a circuitului. Aceasta deoarece atunci când este atinsă frecvența de rezonanță, rezistența totală Z crește. Sau, în termeni simpli, sună așa - la punctul de rezonanță se atinge valoarea maximă maximă a rezistenței Z, după care una dintre rezistențe crește, iar cealaltă scade în funcție de dacă frecvența crește sau scade. Aceasta este afișată grafic:
În general, totul este similar fenomenului anterior, condițiile pentru apariția rezonanței actuale sunt următoarele:
- Frecvența de putere este similară cu rezonanța la circuit.
- Conductivitățile inductanței și capacității pentru curent alternativ sunt egale cu BL = Bc, B = 1 / X.
Aplicație practică
Luați în considerare beneficiile și daunele curenților și tensiunilor de rezonanță. Cel mai mare beneficiu al fenomenului de rezonanță adus în echipamentele de transmisie radio. În cuvinte simple, circuitul receptorului are o bobină și un condensator conectat la antenă. Modificând inductanța (de exemplu, mișcând miezul) sau valoarea capacității (de exemplu, un condensator cu variabilă de aer) ajustați frecvența rezonantă. Ca urmare, tensiunea pe bobină crește și receptorul captează o anumită undă radio.
Aceste fenomene pot fi dăunătoare în inginerie electrică, de exemplu, pe liniile de cablu. Un cablu este o inductanță și o capacitate distribuită de-a lungul lungimii, dacă tensiunea este aplicată unei linii lungi în regim de ralanti (atunci când sarcina nu este conectată la capătul cablului opus sursei de alimentare). Prin urmare, există pericolul ca o descompunere a izolației să apară, pentru a evita acest lucru, este conectat un balast de încărcare.De asemenea, o situație similară poate duce la defecțiunea componentelor electronice, a instrumentelor de măsurare și a altor echipamente electrice - acestea sunt consecințele periculoase ale acestui fenomen.
concluzie
Rezonanța tensiunilor și a curenților este un fenomen interesant de care trebuie să fiți conștienți. Se observă numai în circuitele inductiv-capacitive. În circuitele cu rezistențe active mari, acesta nu poate apărea. Pentru a rezuma, răspunzând pe scurt la principalele întrebări pe acest subiect:
- Unde și în ce lanțuri se observă fenomenul de rezonanță?
În circuitele capacitive inductive.
- Care sunt condițiile pentru apariția rezonanței curenților și tensiunilor?
Apare în condițiile unei reactanțe egale. Circuitul trebuie să aibă o rezistență activă minimă, iar frecvența alimentării coincide cu frecvența rezonantă a circuitului.
- Cum să găsești frecvența rezonantă?
În ambele cazuri, după formula:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Cum să elimini fenomenul?
Prin creșterea rezistenței în circuit sau modificarea frecvenței.
Acum știți care este rezonanța curenților și tensiunilor, care sunt condițiile pentru apariția lui și aplicațiile practice. Pentru a consolida materialul, vă recomandăm să vizionați un videoclip util pe această temă:
Materiale conexe:
Se încarcă ...
