- Реактивна индуктивност и капацитет
- AC капацитет и индуктивност
- Резонанс на напрежение
- Токов резонанс
- Практическо приложение
- заключение
Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Явлението резонанс на токове и напрежения се наблюдава в индуктивно-капацитивни вериги. Това явление намира приложение в радиоелектрониката, като се превръща в основен начин за настройване на приемника към определена вълна. За съжаление резонансът може да повреди електрическото оборудване и кабелните линии. В физиката резонансът е съвпадението на честотите на няколко системи. Нека разгледаме какво е напрежение и токов резонанс, каква стойност има и къде се използва в електротехниката.Реактивна индуктивност и капацитет
Индуктивността е способността на тялото да акумулира енергия в магнитно поле. Характеризира се с изоставане на тока от напрежението във фаза. Типични индуктивни елементи - дросели, бобини, трансформатори, електрически двигатели.
Капацитетите са елементи, които акумулират енергия, използвайки електрическо поле. Капацитивните елементи се характеризират с лаг на напрежение от ток. Капацитивни елементи: кондензатори, варикапи.
Техните основни свойства са дадени, нюансите в тази статия не са взети под внимание.
В допълнение към тези елементи, други също имат определена индуктивност и капацитет, например в електрически кабели, разпределени по дължината му.
AC капацитет и индуктивност
Ако в DC вериги, капацитет в общ смисъл е счупен участък на верига, а индуктивността е проводник, в променливи кондензатори и намотки те са реактивен аналог на резистор.
Реактивността на индуктивността се определя по формулата:
Векторна диаграма:
Съпротивление на кондензатора:
Тук w е ъгловата честота, f е честотата в синусоидалната токова верига, L е индуктивността, C е капацитетът.
Векторна диаграма:
Трябва да се отбележи, че при изчисляване на последователно свързаните реактивни елементи се използва формулата:
Моля, обърнете внимание, че капацитивният компонент се приема със знак минус. Ако активната компонента (резистор) също присъства във веригата, тя се добавя с помощта на формулата на Питагоровата теорема (на базата на векторната диаграма):
Какво определя съпротивлението? Реактивните характеристики зависят от стойността на капацитета или индуктивността, както и от честотата на променливия ток.
Ако погледнете формулата на реактивната компонента, можете да видите, че при определени стойности на капацитивния или индуктивния компонент разликата им ще бъде нула, тогава само активната съпротива ще остане във веригата. Но това не са всички особености на тази ситуация.
Резонанс на напрежение
Ако свържете кондензатор и индуктор последователно с генератор, тогава, при условие че техните реакции са равни, ще се появи напрежение. В същото време активната част Z трябва да бъде възможно най-малка.
Трябва да се отбележи, че индуктивността и капацитетът имат само реактивни качества само в идеализирани примери. В реалните вериги и елементи винаги има активно съпротивление на проводниците, въпреки че е изключително малко.
При резонанс се заменя енергията между дросела и кондензатора. В идеални примери, по време на първоначалното свързване на енергиен източник (генератор), енергията се натрупва в кондензатор (или дросел) и след като бъде изключена, в резултат на този обмен възникват постоянни колебания.
Индуктивността и капацитетните напрежения са приблизително еднакви, според закона на Ом:
U = I / X
Където X е Xc капацитивен или XL индуктивно съпротивление, съответно.
Верига, състояща се от индуктивност и капацитет, се нарича осцилираща верига. Неговата честота се изчислява по формулата:
Периодът на колебание се определя по формулата на Томпсън:
Тъй като съпротивлението зависи от честотата, съпротивлението на индуктивност нараства с нарастващата честота и намалява капацитета. Когато съпротивленията са равни, общото съпротивление се намалява значително, което се отразява в графиката:
Основните характеристики на веригата са факторът на качеството (Q) и честотата. Ако разглеждаме контура като двупортова мрежа, тогава нейният коефициент на предаване след прости изчисления намалява до фактора на качеството:
K = Q
А напрежението на терминалите на веригата се увеличава пропорционално на коефициента на прехвърляне (Q) на веригата.
Uk = Uin * Q
При резонанс на напрежението, колкото е по-висок коефициентът на качество, толкова по-голямо е напрежението на елементите на веригата, което надвишава напрежението на свързания генератор. Напрежението може да се повиши десетки или стотици пъти. Това се показва на графиката:
Загубите на мощност във веригата се дължат само на наличието на активна съпротива. Енергията от източника на енергия се взема само за поддържане на трептенията.
Коефициентът на мощност ще бъде равен на:
cosF = 1
Тази формула показва, че загубите се дължат на активната мощност:
S = P / Cos
Токов резонанс
Резонансът на токовете се наблюдава в веригите, където индуктивността и капацитетът са свързани паралелно.
Феноменът се състои в потока на големи токове между кондензатора и намотката, при нулев ток в неразклонената част на веригата. Това е така, защото когато се достигне резонансната честота, общото съпротивление Z се увеличава. Или просто казано така - в точката на резонанса се достига максималната обща стойност на съпротивление Z, след което едно от съпротивленията се увеличава, а другото намалява в зависимост от това дали честотата се повишава или пада. Това се изобразява графично:
Като цяло, всичко е подобно на предишното явление, условията за възникване на токов резонанс са следните:
- Честотата на захранване е подобна на резонанса на веригата.
- Проводимостта при индуктивност и капацитет в променлив ток са BL = Bc, B = 1 / X.
Практическо приложение
Помислете за ползите и вредите от резонансните токове и напрежения. Най-голямата полза от резонансното явление е в радиопредавателното оборудване. С прости думи, приемна бобина и кондензатор, свързани към антената, са инсталирани в приемната верига. Чрез промяна на индуктивността (например, чрез преместване на ядрото) или на капацитета (например, с променлив кондензатор), регулирате резонансната честота. В резултат на това напрежението на бобината се повишава и приемникът улавя определена радиовълна.
Увреждането на тези явления може да се извършва в електротехниката, например, на кабелни линии. Кабелът е разпределен индуктивност и капацитет, ако дълъг ред се захранва в режим на готовност (когато не е свързан товар към противоположния край на кабела от източника на захранване). Следователно съществува опасност от повреда на изолацията, за да се избегне това, баластът на товара е свързан. Също така, подобна ситуация може да доведе до отказ на електронни компоненти, измервателни уреди и друго електрическо оборудване - това са опасни последствия от възникването на това явление.
заключение
Резонансни напрежения и токове - интересен феномен, който трябва да знаете. Наблюдава се само в индуктивно-капацитивни схеми. В вериги с висока устойчивост, това не може да се случи. За да обобщим, накратко отговорете на основните въпроси по тази тема:
- Къде и в кои вериги има феномен на резонанс?
В индуктивно-капацитивни схеми.
- Какви са условията за възникване на резонансни токове и напрежения?
Подлежи на равенство на реактивните съпротивления. Веригата трябва да има минимално активно съпротивление, а честотата на захранващия източник трябва да съвпада с резонансната честота на веригата.
- Как да намерим резонансната честота?
И в двата случая, по формулата: w = (1 / LC) (1/2)
- Как да елиминираме явлението?
Увеличаване на съпротивлението във веригата или промяна на честотата.
Сега знаете какъв е резонансът на токове и напрежения, какви са условията за неговото възникване и възможностите за приложение на практика. За да консолидираме материала, препоръчваме ви да видите полезен видеоклип по темата:
Материали по темата:
- Причини за загуба на мощност на дълги разстояния
- AC Измерване на честотата
- Как да се изчисли съпротивлението на тел