Kāda ir strāvu un spriegumu rezonanse
Induktīvās reaģētspēja un kapacitāte
Induktivitāte ir ķermeņa spēja uzkrāt enerģiju magnētiskajā laukā. To raksturo strāvas nobīde no sprieguma fāzē. Tipiski induktīvie elementi ir droseles, spoles, transformatori, elektromotori.
Jauda attiecas uz elementiem, kas uzkrāj enerģiju caur elektrisko lauku. Kapacitīvos elementus raksturo sprieguma fāzes nobīde no strāvas. Kapacitīvie elementi: kondensatori, varikapi.
Norādītas to pamatīpašības, šajā rakstā ietvertās nianses netiek ņemtas vērā.
Papildus uzskaitītajiem elementiem citiem ir arī noteikta induktivitāte un kapacitāte, piemēram, elektriskajos kabeļos, kas izvietoti visā tā garumā.
Kapacitāte un induktivitāte maiņstrāvas ķēdē
Ja līdzstrāvas ķēdēs kapacitāte vispārējā nozīmē ir pārtraukta ķēdes daļa, un induktivitāte ir diriģents, tad maiņstrāvas kondensatoros un spirālēs ir rezistora reaktīvais analogs.
Induktora reaģenci nosaka pēc formulas:
Vektoru diagramma:
Kondensatora reaģētspēja:
Šeit w ir leņķiskā frekvence, f ir frekvence sinusoidālās strāvas ķēdē, L ir induktivitāte, C ir kapacitāte.
Vektoru diagramma:
Ir vērts atzīmēt, ka, aprēķinot virknē savienotos reaktīvos elementus, tiek izmantota formula:
Lūdzu, ņemiet vērā, ka kapacitatīvā sastāvdaļa tiek ņemta ar mīnusa zīmi. Ja ķēdē ir arī aktīvais komponents (rezistors), tad pievieno saskaņā ar Pitagora teorēmas formulu (pamatojoties uz vektoru diagrammu):
No kā ir atkarīga reaģētspēja? Reaktīvie raksturlielumi ir atkarīgi no kapacitātes vai induktivitātes, kā arī no maiņstrāvas frekvences.
Ja paskatās uz reaktīvā komponenta formulu, jūs varat redzēt, ka noteiktām kapacitīvās vai induktīvās sastāvdaļas vērtībām to starpība būs nulle, tad ķēdē paliks tikai pretestība. Bet tas nebūt nav visas šādas situācijas pazīmes.
Sprieguma rezonanse
Ja kondensators un induktors ir savienoti virknē ar ģeneratoru, tad ar nosacījumu, ka to reaktivitāte ir vienāda, rodas sprieguma rezonanse. Šajā gadījumā aktīvajai Z daļai jābūt pēc iespējas mazākai.
Ir vērts atzīmēt, ka induktivitātei un kapacitātei ir tikai reaģējošas īpašības tikai idealizētos piemēros. Īstās shēmās un elementos vienmēr ir aktīva vadītāju pretestība, kaut arī tā ir ārkārtīgi maza.
Rezonansē starp induktoru un kondensatoru notiek enerģijas apmaiņa. Ideālos piemēros enerģijas avota (ģeneratora) sākotnējā savienojuma laikā enerģija tiek uzkrāta kondensatorā (vai induktorā), un pēc tā izslēgšanas šīs apmaiņas dēļ notiek neslāpētas svārstības.
Spriegumi pie induktoriem un kapacitātes ir aptuveni vienādi, saskaņā ar Ohmas likums:
U = I / X
Kur X ir attiecīgi Xc kapacitīvā vai XL induktivitāte.
Ķēdi, kas sastāv no induktivitātes un kapacitātes, sauc par svārstību ķēdi. Tās biežumu aprēķina pēc formulas:
Svārstību periodu nosaka pēc Tompsona formulas:
Tā kā reaģētspēja ir atkarīga no frekvences, induktivitātes pretestība palielinās, palielinoties frekvencei, un samazinās pie kapacitātes. Kad pretestības ir vienādas, kopējā pretestība ir ievērojami samazināta, kas atspoguļots diagrammā:
Ķēdes galvenās īpašības ir kvalitātes koeficients (Q) un frekvence. Ja mēs uzskatām ķēdi par četru terminālu, tad tā pārvades koeficients pēc vienkāršiem aprēķiniem tiek samazināts līdz kvalitātes koeficientam:
K = q
Un spriegums ķēdes spailēs palielinās proporcionāli ķēdes pārvades koeficientam (kvalitātes koeficientam).
UK = Uin * Q
Ar sprieguma rezonansi, jo augstāks ir kvalitātes koeficients, jo lielāks spriegums ķēdes elementos pārsniegs pievienotā ģeneratora spriegumu. Spriegums var palielināties desmitiem vai simtiem reižu. Tas ir parādīts diagrammā:
Jaudas zudumi ķēdē rodas tikai no aktīvās pretestības klātbūtnes. Enerģija no enerģijas avota tiek ņemta tikai svārstību uzturēšanai.
Jaudas koeficients būs vienāds ar:
cosФ = 1
Šī formula parāda, ka zaudējumi rodas aktīvās jaudas dēļ:
S = P / kosf
Rezonanses strāvas
Strāvas rezonanse tiek novērota ķēdēs, kur induktivitāte un kapacitāte ir savienoti paralēli.
Šī parādība sastāv no lielu strāvu plūsmas starp kondensatoru un spoli pie nulles strāvas ķēdes nesazarotajā daļā. Tas ir tāpēc, ka, sasniedzot rezonanses frekvenci, kopējā pretestība Z palielinās. Vai, vienkāršoti izsakoties, tas izklausās šādi - rezonanses punktā tiek sasniegta maksimālā pretestības Z kopējā vērtība, pēc kuras viena no pretestībām palielinās, bet otra samazinās, atkarībā no tā, vai frekvence palielinās vai samazinās. Tas tiek parādīts grafiski:
Kopumā viss ir līdzīgs iepriekšējai parādībai, pašreizējās rezonanses rašanās nosacījumi ir šādi:
- Strāvas frekvence ir līdzīga rezonansei ķēdē.
- Maiņstrāvas induktivitātes un kapacitātes vadītspējas ir vienādas ar BL = Bc, B = 1 / X.
Praktiska pielietošana
Apsveriet rezonanses strāvu un spriegumu ieguvumus un kaitējumu. Vislielākais ieguvums no rezonanses fenomena, ko rada radiopārraides iekārtas. Vienkārši sakot, uztvērēja ķēdē ir spole un kondensators, kas savienots ar antenu. Mainot induktivitāti (piemēram, pārvietojot serdi) vai kapacitātes vērtību (piemēram, ar maināmu kondensatoru), jūs noregulējat rezonanses frekvenci. Tā rezultātā spolei palielinās spriegums, un uztvērējs uztver noteiktu radioviļņu.
Šīs parādības var būt kaitīgas elektrotehnikā, piemēram, kabeļu līnijās. Kabelis ir induktivitāte un kapacitāte, kas sadalīta visā garumā, ja dīkstāves režīmā garai līnijai tiek pielikts spriegums (kad slodze nav savienota ar kabeļa galu, kas atrodas pretī strāvas avotam). Tāpēc pastāv izolācijas sabrukšanas risks, lai no tā izvairītos, ir pievienots kravas balasts.Arī līdzīga situācija var izraisīt elektronisko komponentu, mērinstrumentu un citu elektrisko iekārtu kļūmes - tās ir šīs parādības bīstamās sekas.
Secinājums
Spriegumu un strāvu rezonanse ir interesanta parādība, kas jāapzinās. To novēro tikai induktīvās-kapacitīvās shēmās. Ķēdēs ar lielu aktīvo pretestību tas nevar rasties. Rezumējot, īsi atbildot uz galvenajiem jautājumiem par šo tēmu:
- Kur un kurās ķēdēs tiek novērota rezonanses parādība?
Induktīvās kapacitīvās shēmās.
- Kādi ir strāvu un spriegumu rezonanses rašanās apstākļi?
Tas notiek, ja ir vienāda reaģētspēja. Ķēdei jābūt minimālai aktīvai pretestībai, un barošanas avota frekvence sakrīt ar ķēdes rezonanses frekvenci.
- Kā atrast rezonanses frekvenci?
Abos gadījumos pēc formulas:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Kā novērst parādību?
Palielinot pretestību ķēdē vai mainot frekvenci.
Tagad jūs zināt, kāda ir strāvu un spriegumu rezonanse, kādi ir tā rašanās apstākļi un praktiski pielietojumi. Lai konsolidētu materiālu, mēs iesakām noskatīties noderīgu video par tēmu:
Saistītie materiāli:
Notiek ielāde ...
