Mikä on virtojen ja jännitteiden resonanssi
Induktanssi reaktanssi ja kapasitanssi
Induktiivisuus on kehon kyky kerätä energiaa magneettikenttään. Sille on ominaista vaihevirtajännite jännitteestä. Tyypillisiä induktiivisia elementtejä ovat kuristimet, kelat, muuntajat, sähkömoottorit.
Kapasiteetti tarkoittaa elementtejä, jotka varastoivat energiaa sähkökentän kautta. Kapasitiivisille elementeille on ominaista vaihevirta jännitteestä virrasta. Kapasitiiviset elementit: kondensaattorit, varikaapit.
Niiden perusominaisuudet on annettu, tässä artikkelissa olevia vivahteita ei oteta huomioon.
Listattujen elementtien lisäksi muilla on myös tietty induktanssi ja kapasitanssi esimerkiksi sähkökaapeleissa, jotka on jaettu sen pituuteen.
Kapasitanssi ja induktanssi vaihtovirtapiirissä
Jos tasavirtapiireissä kapasitanssi on yleisessä merkityksessä piirin katkennut osa ja induktanssi on johdin, niin vaihtojännitekondensaattorit ja kelat ovat vastuksen reaktiivinen analogi.
Induktorin reaktanssi määritetään kaavalla:
Vektorikaavio:
Kondensaattorin reaktanssi:
Tässä w on kulmataajuus, f on sinimuotoisen virtapiirin taajuus, L on induktanssi, C on kapasitanssi.
Vektorikaavio:
On syytä huomata, että sarjaan kytkettyjen reaktiivisten elementtien laskemisessa käytetään kaavaa:
Huomaa, että kapasitiivinen komponentti otetaan miinusmerkillä. Jos aktiivista komponenttia (vastus) on myös piirissä, lisää Pythagoran lauseen kaavan mukaisesti (vektori kaavion perusteella):
Mistä reaktanssi riippuu? Reaktiiviset ominaisuudet riippuvat kapasitanssin tai induktanssin arvosta, samoin kuin vaihtovirran taajuudesta.
Jos tarkastelet reaktiivisen komponentin kaavaa, voit nähdä, että kapasitiivisen tai induktiivisen komponentin tietyillä arvoilla niiden ero on nolla, silloin vain vastus jää piiriin. Mutta nämä eivät ole kaikki tällaisen tilanteen piirteitä.
Jänniteresonanssi
Jos kondensaattori ja induktori on kytketty sarjaan generaattorin kanssa, jänniteresonanssi tapahtuu, mikäli niiden reaktanssi on sama. Tässä tapauksessa aktiivisen osan Z tulisi olla mahdollisimman pieni.
On syytä huomata, että induktanssilla ja kapasitanssilla on vain reaktiivisia ominaisuuksia vain idealisoiduissa esimerkeissä. Oikeissa piireissä ja elementeissä johtimien aktiivinen vastus on aina läsnä, vaikka se onkin erittäin pieni.
Resonanssilla tapahtuu energianvaihto induktorin ja kondensaattorin välillä. Ihanteellisissa esimerkeissä energialähteen (generaattorin) alkukytkennän aikana energiaa kerääntyy kondensaattoriin (tai induktoriin) ja sen kytkemisen jälkeen tapahtuu vaihtumattomien värähtelyjen vuoksi.
Induktanssien ja kapasitanssien jännitteet ovat suunnilleen samat Ohmin laki:
U = I / X
Missä X on vastaavasti Xc-kapasitiivinen tai XL-induktanssi.
Piiriä, joka koostuu induktanssista ja kapasitanssista, kutsutaan värähtelypiiriksi. Sen taajuus lasketaan kaavalla:
Värähtelyjakso määritetään Thompson-kaavalla:
Koska reaktanssi riippuu taajuudesta, induktanssiresistanssi kasvaa taajuuden kasvaessa ja pienenee kapasitanssilla. Kun resistanssit ovat samat, kokonaisvastus pienenee huomattavasti, mikä heijastuu kaaviossa:
Piirin pääominaisuudet ovat laatukerroin (Q) ja taajuus. Jos katsomme piiriä nelipäätteiseksi, niin sen siirtokerroin yksinkertaisten laskelmien jälkeen pienenee laatutekijäksi:
K = q
Ja jännite piirin liittimissä kasvaa verrannollisesti piirin siirtokertoimeen (laatutekijä).
UK = Uin * Q
Jänniteresonanssilla mitä korkeampi laatukerroin, sitä suurempi piirielementtien jännite ylittää kytketyn generaattorin jännitteen. Jännite voi nousta kymmeniä tai satoja kertoja. Tämä näkyy kaaviossa:
Virtahäviöt piirissä johtuvat vain aktiivisen vastuksen läsnäolosta. Virtalähteestä saatava energia otetaan vain heilahtelujen ylläpitämiseksi.
Tehokerroin on yhtä suuri kuin:
cosФ = 1
Tämä kaava osoittaa, että häviöt johtuvat aktiivisesta tehosta:
S = P / kosf
Resonanssivirrat
Virtaresonanssi havaitaan piireissä, joissa induktanssi ja kapasitanssi on kytketty samanaikaisesti.
Ilmiö muodostuu suurten virtojen virtauksesta kondensaattorin ja kelan välillä nollavirralla piirin haarautumattomassa osassa. Tämä johtuu siitä, että kun resonanssitaajuus saavutetaan, kokonaisvastus Z kasvaa. Tai yksinkertaisesti sanottuna se kuulostaa tältä - resonanssipisteessä saavutetaan resistanssin Z maksimiarvo, jonka jälkeen yksi resistansseista kasvaa ja toinen pienenee riippuen siitä, kasvaako vai pieneneekö taajuus. Tämä näkyy graafisesti:
Yleisesti ottaen kaikki on samanlainen kuin edellinen ilmiö, nykyisen resonanssin syntymisen olosuhteet ovat seuraavat:
- Tehotaajuus on samanlainen kuin piirin resonanssi.
- Vaihtovirran induktanssin ja kapasitanssin johtavuudet ovat BL = Bc, B = 1 / X.
Käytännön sovellus
Harkitse resonanssivirtojen ja -jännitteiden etuja ja haittoja. Radiolähetyslaitteiden tuoma resonanssi-ilmiön suurin hyöty. Yksinkertaisesti sanottuna, vastaanotinpiirissä on kela ja kondensaattori kytkettynä antenniin. Muuttamalla induktanssia (esimerkiksi siirtämällä ydintä) tai kapasitanssin arvoa (esimerkiksi ilmamuuttuva kondensaattori) säädät resonanssitaajuutta. Seurauksena käämin jännite nousee ja vastaanotin tarttuu tiettyyn radioaaltoon.
Nämä ilmiöt voivat olla haitallisia esimerkiksi sähköjohtojen sähkötekniikassa. Kaapeli on induktanssi ja kapasitanssi, joka on jaettu koko pituudelta, jos jännite syötetään pitkään johtoon lepotilassa (kun kuormaa ei ole kytketty virtalähdettä vastapäätä olevan kaapelin päähän). Tästä syystä on olemassa vaara, että eristys rikkoutuu, jotta tämä vältetään, kuorman liitäntälaite on kytketty.Samanlainen tilanne voi johtaa myös elektronisten komponenttien, mittauslaitteiden ja muiden sähkölaitteiden vikaantumiseen - nämä ovat tämän ilmiön vaarallisia seurauksia.
johtopäätös
Jännitteiden ja virtojen resonanssi on mielenkiintoinen ilmiö, jonka on oltava tietoinen. Se havaitaan vain induktiivisesti kapasitiivisissa piireissä. Piireissä, joilla on suuret aktiiviset vastukset, sitä ei voi esiintyä. Yhteenvetona voidaan vastata lyhyesti tämän aiheen tärkeimpiin kysymyksiin:
- Missä ja missä ketjuissa resonanssilmiö havaitaan?
Induktiivisissa kapasitiivisissa piireissä.
- Mitkä ovat olosuhteet virrojen ja jännitteiden resonanssin esiintymiselle?
Se tapahtuu olosuhteissa, joissa reaktanssi on sama. Piirillä on oltava minimaalinen aktiivinen vastus, ja virransyötön taajuus on sama kuin piirin resonanssitaajuus.
- Kuinka löytää resonanssitaajuus?
Molemmissa tapauksissa kaavalla:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Kuinka poistaa ilmiö?
Lisäämällä piirin vastusta tai muuttamalla taajuutta.
Nyt tiedät mikä on virtojen ja jännitteiden resonanssi, mitkä ovat olosuhteet sen esiintymiselle ja käytännön sovellukset. Aineiston yhdistämiseksi suosittelemme katselemaan hyödyllistä videota aiheesta:
Aiheeseen liittyvät materiaalit:
Ladataan ...
