Kolika je rezonanca struje i napona

Indukktivna reaktancija i kapacitivnost

Induktivnost je sposobnost tijela da akumulira energiju u magnetskom polju. Karakterizira ga kašnjenje struje od napona u fazi. Tipični induktivni elementi su prigušnice, zavojnice, transformatori, električni motori.

Kapacitet se odnosi na elemente koji pohranjuju energiju kroz električno polje. Kapacitivni elementi karakteriziraju fazni zastoj napona od struje. Kapacitivni elementi: kondenzatori, varicaps.

Njihova osnovna svojstva su dana, nijanse unutar ovog članka nisu uzete u obzir.

Pored nabrojanih elemenata, drugi imaju i određenu induktivnost i kapacitivnost, na primjer, u električnim kablovima distribuiranim po njegovoj duljini.

Kapacitet i induktivnost u krugu izmjenične struje

Ako je u istosmjernim krugovima kapacitivnost u općem smislu slomljen dio kruga, a induktivnost je provodnik, onda su u izmjeničnim kondenzatorima i zavojnicama reaktivni analog otpornika.

Reaktancija induktora određena je formulom:

Vektorski dijagram:

Reaktancija kondenzatora:

Ovdje je w kutna frekvencija, f je frekvencija u krugu sinusne struje, L je induktivnost, C je kapacitivnost.

Vektorski dijagram:

Vrijedno je napomenuti da se u proračunu reaktivnih elemenata koji su spojeni u seriju koristi formula:

Imajte na umu da je kapacitivna komponenta uzeta sa znakom minus. Ako je aktivna komponenta (otpornik) također prisutna u krugu, dodajte prema formuli pitagorejskog teorema (na temelju vektorskog dijagrama):

O čemu ovisi reaktancija? Reaktivne karakteristike ovise o kapacitivnosti ili induktivnosti, kao i o frekvenciji izmjenične struje.

Ako pogledate formulu reaktivne komponente, možete vidjeti da će za određene vrijednosti kapacitivne ili induktivne komponente njihova razlika biti jednaka nuli, tada će u krugu ostati samo otpor. Ali to nisu sve značajke takve situacije.

Napon rezonancije

Ako su kondenzator i induktor povezani serijski s generatorom, tada će, pod uvjetom da je njihova reaktancija jednaka, doći do naponske rezonancije. U ovom slučaju, aktivni dio Z trebao bi biti što manji.

Vrijedi napomenuti da induktivnost i kapacitivnost imaju samo reaktivne kvalitete samo u idealiziranim primjerima. U stvarnim sklopovima i elementima uvijek je prisutan aktivni otpor vodiča, iako je izuzetno mali.

U rezonanci dolazi do izmjene energije između induktora i kondenzatora. U idealnim primjerima, tijekom početnog povezivanja izvora energije (generatora), energija se akumulira u kondenzatoru (ili induktoru), a nakon što je isključen, zbog ove razmjene nastaju nesmetane oscilacije.

Napon na induktorima i kapacitetima je približno jednak, prema Ohmov zakon:

U = I / X

Gdje je X kapacitivna Xc ili XL induktivnost, respektivno.

Krug koji se sastoji od induktivnosti i kapacitivnosti naziva se oscilacijskim krugom. Njegova frekvencija izračunava se formulom:

Period oscilacije određen je Thompsonovom formulom:

Budući da reaktancija ovisi o frekvenciji, otpor induktivnosti raste s porastom frekvencije, a smanjuje se pri kapacitivnosti. Kad su otpori jednaki, ukupni otpor se uvelike smanjuje, što se odražava na grafu:

Glavne karakteristike kruga su faktor kvalitete (Q) i učestalost. Ako strujni krug smatramo četverokutnim, tada se njegov koeficijent prijenosa nakon jednostavnih izračuna svodi na faktor kvalitete:

K = q

A napon na terminalima kruga raste proporcionalno koeficijentu prijenosa (faktor kvalitete) kruga.

UK = Uin * Q

Sa rezonancom napona, što je veći faktor kvalitete, veći će napon na elementima kruga premašiti napon spojenog generatora. Napon se može povećati na desetke ili stotine puta. To je prikazano na grafu:

Gubici energije u krugu nastaju samo zbog prisutnosti aktivnog otpora. Energija iz izvora energije uzima se samo za održavanje kolebanja.

Faktor snage bit će jednak:

cosF = 1

Ova formula pokazuje da gubici nastaju zbog aktivne snage:

S = P / Cosph

Rezonancijske struje

Trenutna rezonanca uočena je u krugovima u kojima su induktivnost i kapacitet povezani paralelno.

Fenomen se sastoji u protoku velikih struja između kondenzatora i zavojnice, na nultoj struji u nerazgranatom dijelu kruga. To je zato što kada se dostigne frekvencija rezonancije, ukupni otpor Z povećava. Ili jednostavnim riječima to zvuči ovako - u rezonantnoj točki doseže se maksimalna ukupna vrijednost otpora Z, nakon čega se jedan od otpora povećava, a drugi smanjuje ovisno o tome povećava li se ili smanjuje frekvencija. Ovo je grafički prikazano:

Općenito, sve je slično prethodnom fenomenu, uvjeti za pojavu trenutne rezonancije su sljedeći:

1. Frekvencija snage slična je rezonantnoj u krugu.
2. Vodljivosti induktivnosti i kapacitivnosti za izmjeničnu struju su BL = Bc, B = 1 / X.

Praktična primjena

Razmotrite prednosti i štete rezonantnih struja i napona. Najveću korist fenomen rezonancije donio je u radio odašiljačkoj opremi. Jednostavnim riječima, krug prijamnika ima zavojnicu i kondenzator spojen na antenu. Promjenom induktivnosti (na primjer, pomicanjem jezgre) ili vrijednosti kapaciteta (na primjer, kondenzator s promjenjivom zrakom) podešavate rezonantnu frekvenciju. Kao rezultat toga, napon na zavojnici raste i prijemnik hvata određeni radio val.

Te pojave mogu biti štetne u elektrotehnici, na primjer, na kabelskim vodovima. Kabel je induktivnost i kapacitivnost raspoređeni duž duljine ako se napon primjenjuje na dugu crtu u praznom hodu (kada opterećenje nije spojeno na kraj kabela nasuprot izvora napajanja). Stoga postoji opasnost da dođe do loma izolacije, kako bi se to izbjeglo, spojen je balast opterećenja.Također, slična situacija može dovesti do kvara elektroničkih komponenata, mjernih instrumenata i druge električne opreme - to su opasne posljedice ove pojave.

zaključak

Rezonanca napona i struje zanimljiv je fenomen kojeg treba biti svjestan. Promatra se samo u induktivno-kapacitivnim krugovima. U krugovima s velikim aktivnim otporom ne može se pojaviti. Ukratko, ukratko odgovaranje na glavna pitanja o ovoj temi:

1. Gdje i u kojim lancima je opažen fenomen rezonancije?

U induktivnim kapacitivnim krugovima.

2. Koji su uvjeti za pojavu rezonancije struja i napona?

Javlja se pod uvjetom jednake reaktancije. Krug mora imati minimalni aktivni otpor, a frekvencija napajanja podudara se s rezonantnom frekvencijom kruga.

3. Kako pronaći rezonantnu frekvenciju?

U oba slučaja, formulom:w = (1 / LC) ^ (1/2)

4. Kako eliminirati fenomen?

Povećavanjem otpora u krugu ili promjenom frekvencije.

Sada znate što je rezonanca struje i napona, koji su uvjeti za njezino pojavljivanje i praktične primjene. Za konsolidaciju materijala preporučujemo gledanje korisnog videa na temu:

Srodni materijali:

• Razlozi gubitka električne energije na velikim udaljenostima
• Mjerenje izmjenične frekvencije
• Kako izračunati otpor žice