Hva er resonansen for strømmer og spenninger

Induktansreaktans og kapasitans

Induktans er kroppens evne til å samle energi i et magnetfelt. Det er preget av etterslep av strøm fra spenning i fase. Typiske induktive elementer er choker, spoler, transformatorer, elektriske motorer.

Kapasitet refererer til elementer som lagrer energi gjennom et elektrisk felt. Kapasitive elementer er preget av en faseforsinkelse av spenning fra strøm. Kapasitive elementer: kondensatorer, varicaps.

Deres grunnleggende egenskaper er gitt, nyansene i denne artikkelen blir ikke tatt med i betraktningen.

I tillegg til de listede elementene, har andre også en viss induktans og kapasitans, for eksempel i elektriske kabler fordelt på lengden.

Kapasitans og induktans i en vekselstrømskrets

Hvis i DC-kretser er kapasitansen i generell forstand en ødelagt del av kretsen, og induktansen er en leder, er i vekslende kondensatorer og spoler en reaktiv analog av en motstand.

Reaktansen til induktoren bestemmes av formelen:

Vektordiagram:

Kondensatorreaksjon:

Her er vinkelfrekvensen, f er frekvensen i sinusformet strømkrets, L er induktansen, C er kapasitansen.

Vektordiagram:

Det er verdt å merke seg at i beregningen av reaktive elementer koblet i serie, brukes formelen:

Vær oppmerksom på at den kapasitive komponenten er tatt med et minustegn. Hvis den aktive komponenten (motstanden) også er til stede i kretsen, legger du til i henhold til formelen til Pythagorean teorem (basert på vektordiagrammet):

Hva er reaktans avhengig av? Reaktive egenskaper avhenger av kapasitansen eller induktansen, så vel som av frekvensen av vekselstrømmen.

Hvis du ser på formelen til den reaktive komponenten, kan du se at ved visse verdier av den kapasitive eller induktive komponenten, vil deres forskjell være null, da vil bare motstanden forbli i kretsen. Men dette er ikke alle funksjonene i en slik situasjon.

Spenningsresonans

Hvis en kondensator og en induktor er seriekoblet med en generator, vil det, forutsatt at reaktansen er lik, oppstå en spenningsresonans. I dette tilfellet bør den aktive delen Z være så liten som mulig.

Det er verdt å merke seg at induktans og kapasitans bare har reaktive kvaliteter bare i idealiserte eksempler. I reelle kretsløp og elementer er ledere alltid aktiv motstand, selv om den er ekstremt liten.

Ved resonans skjer en energiutveksling mellom induktoren og kondensatoren. I ideelle eksempler, under den innledende tilkoblingen av en energikilde (generator), akkumuleres energi i kondensatoren (eller induktoren), og etter at den er slått av, oppstår ubelagte svingninger på grunn av denne utvekslingen.

Spenningene ved induktorene og kapasitansene er omtrent de samme, iht Ohms lov:

U = I / X

Hvor X er henholdsvis Xc kapasitiv eller XL induktans.

En krets bestående av induktans og kapasitans kalles en oscillerende krets. Frekvensen beregnes av formelen:

Svingningsperioden bestemmes av Thompson-formelen:

Siden reaktansen avhenger av frekvensen, øker induktansmotstanden med økende frekvens, og avtar ved kapasitansen. Når motstandene er like, reduseres den totale motstanden kraftig, noe som gjenspeiles i grafen:

De viktigste egenskapene til kretsen er kvalitetsfaktoren (Q) og frekvensen. Hvis vi ser på kretsen som en fire-terminal, reduseres overføringskoeffisienten etter enkle beregninger til kvalitetsfaktoren:

K = q

Og spenningen ved terminalene på kretsen øker i forhold til overføringskoeffisienten (kvalitetsfaktor) til kretsen.

UK = Uin * Q

Med spenningsresonans, jo høyere kvalitetsfaktor, desto større vil spenningen på kretselementene overstige spenningen til den tilkoblede generatoren. Spenningen kan øke titalls eller hundrevis av ganger. Dette vises i grafen:

Krafttap i kretsen skyldes bare tilstedeværelsen av aktiv motstand. Energi fra kraftkilden tas bare for å opprettholde svingninger.

Kraftfaktoren vil være lik:

cosФ = 1

Denne formelen viser at tap oppstår på grunn av aktiv kraft:

S = P / Cosph

Resonansstrømmer

Nåværende resonans observeres i kretsløp der induktansen og kapasitansen er koblet parallelt.

Fenomenet består i strømmen av store strømmer mellom kondensatoren og spolen, med null strøm i den uforgrenede delen av kretsen. Dette er fordi når resonansfrekvensen er nådd, øker den totale motstand Z. Eller, enkelt sagt, det høres slik ut - på resonanspunktet oppnås den maksimale totale verdien av motstanden Z, hvoretter den ene av motstandene øker og den andre synker, avhengig av om frekvensen øker eller synker. Dette vises grafisk:

Generelt er alt likt det forrige fenomenet, betingelsene for fremveksten av nåværende resonans er som følger:

1. Kraftfrekvensen er lik resonanten på kretsen.
2. Konduktivitetene til induktansen og kapasitansen for vekselstrøm er BL = Bc, B = 1 / X.

Praktisk anvendelse

Vurder fordelene og skadene ved resonansstrømmer og spenninger. Den største fordelen med fenomenet resonans brakt i radiosendingsutstyr. Med enkle ord har mottakerkretsen en spole og en kondensator koblet til antennen. Ved å endre induktansen (for eksempel flytte kjernen) eller verdien på kapasitansen (for eksempel en luftvariabel kondensator) justerer du resonansfrekvensen. Som et resultat stiger spenningen på spolen, og mottakeren fanger en viss radiobølge.

Disse fenomenene kan være skadelige i elektroteknikk, for eksempel på kabellinjer. En kabel er en induktans og kapasitans fordelt på lengden hvis spenning tilføres en lang linje i hvilemodus (når lasten ikke er koblet til enden av kabelen motsatt strømkilden). Derfor er det fare for at det vil oppstå et sammenbrudd i isolasjonen, for å unngå dette, kobles en lastballast.En lignende situasjon kan også føre til svikt i elektroniske komponenter, måleinstrumenter og annet elektrisk utstyr - dette er farlige konsekvenser av dette fenomenet.

Konklusjon

Resonansen for spenninger og strømmer er et interessant fenomen å være klar over. Det observeres bare i induktiv-kapasitive kretsløp. I kretsløp med store aktive motstander kan det ikke forekomme. For å oppsummere, kort svare på hovedspørsmålene om dette emnet:

1. Hvor og i hvilke kjeder observeres resonansfenomenet?

I induktive kapasitive kretser.

2. Hva er betingelsene for forekomst av resonans av strømmer og spenninger?

Det oppstår under betingelse av lik reaktanse. Kretsen må ha en minimal aktiv motstand, og frekvensen på strømforsyningen sammenfaller med resonansfrekvensen til kretsen.

3. Hvordan finne resonansfrekvensen?

I begge tilfeller, med formelen:w = (1 / LC) ^ (1/2)

4. Hvordan eliminere fenomenet?

Ved å øke motstanden i kretsen eller endre frekvensen.

Nå vet du hva resonansen for strømmer og spenninger er, hva er betingelsene for forekomst og praktiske anvendelser. For å konsolidere materialet, anbefaler vi å se en nyttig video om emnet:

Relaterte materialer:

• Årsakene til tap av strøm over lange avstander
• AC frekvensmåling
• Hvordan beregne ledningsmotstand