Aká je rezonancia prúdov a napätí

Indukčná reaktancia a kapacitná kapacita

Indukčnosť je schopnosť tela akumulovať energiu v magnetickom poli. Vyznačuje sa oneskorením prúdu z fázy vo fáze. Typickými induktívnymi prvkami sú tlmivky, cievky, transformátory, elektrické motory.

Kapacita sa týka prvkov, ktoré ukladajú energiu prostredníctvom elektrického poľa. Kapacitné prvky sa vyznačujú fázovým oneskorením napätia z prúdu. Kapacitné prvky: kondenzátory, varixy.

Ich základné vlastnosti sú uvedené, nuansy v tomto článku sa nezohľadňujú.

Okrem uvedených prvkov majú iné aj určitú indukčnosť a kapacitu, napríklad v elektrických kábloch rozmiestnených po celej svojej dĺžke.

Kapacitancia a indukčnosť v striedavom obvode

Ak je v jednosmerných obvodoch kapacitancia vo všeobecnom zmysle prerušovanou časťou obvodu a indukčnosť je vodičom, potom sú striedavé kondenzátory a cievky reaktívnym analógom odporu.

Reaktancia induktora je určená vzorcom:

Vektorový diagram:

Reaktivita kondenzátora:

W je uhlová frekvencia, f je frekvencia v obvode sínusového prúdu, L je indukčnosť, C je kapacita.

Vektorový diagram:

Je potrebné poznamenať, že pri výpočte reaktívnych prvkov zapojených do série sa používa vzorec:

Pamätajte na to, že kapacitná zložka sa prijíma so znamienkom mínus. Ak je v obvode prítomná aj aktívna zložka (rezistor), pridajte podľa vzorca Pythagorovej vety (na základe vektorového diagramu):

Na čom závisí reaktancia? Reaktívne charakteristiky závisia od kapacity alebo indukčnosti, ako aj od frekvencie striedavého prúdu.

Ak sa pozriete na vzorec reaktívnej zložky, môžete vidieť, že pri určitých hodnotách kapacitnej alebo induktívnej zložky bude ich rozdiel nulový, potom v obvode zostane iba odpor. Nie sú to však všetky znaky takejto situácie.

Rezonancia napätia

Ak sú kondenzátor a induktor zapojené do série s generátorom, potom za predpokladu, že ich reaktancia je rovnaká, nastane rezonancia napätia. V tomto prípade by aktívna časť Z mala byť čo najmenšia.

Je potrebné poznamenať, že indukčnosť a kapacita majú iba reaktívne vlastnosti iba v idealizovaných príkladoch. V skutočných obvodoch a prvkoch je aktívny odpor vodičov vždy prítomný, hoci je extrémne malý.

Pri rezonancii dochádza k výmene energie medzi induktorom a kondenzátorom. V ideálnych príkladoch sa pri počiatočnom pripojení zdroja energie (generátora) akumuluje energia v kondenzátore (alebo induktore) a po jeho vypnutí nastávajú v dôsledku tejto výmeny netlmené oscilácie.

Napätia na indukčnosti a kapacitancie sú podľa Ohmov zákon:

U = I / X

Kde X je kapacitná kapacita Xc alebo indukčnosť XL.

Obvod pozostávajúci z indukčnosti a kapacity sa nazýva oscilačný obvod. Jeho frekvencia sa vypočíta podľa vzorca:

Obdobie oscilácie je určené Thompsonovým vzorcom:

Pretože reaktancia závisí od frekvencie, indukčný odpor sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou a klesá pri kapacite. Ak sú odpory rovnaké, celkový odpor sa výrazne zníži, čo sa odráža v grafe:

Hlavnými charakteristikami obvodu sú faktor kvality (Q) a frekvencia. Ak považujeme obvod za štvorkoncový, jeho koeficient prenosu po jednoduchých výpočtoch sa zníži na kvalitatívny faktor:

K = q

A napätie na svorkách obvodu sa zvyšuje úmerne s koeficientom prenosu (faktor kvality) obvodu.

UK = Uin * Q

Pri rezonancii napätia platí, že čím vyšší je kvalitatívny faktor, tým väčšie napätie na obvodových prvkoch prekročí napätie pripojeného generátora. Napätie sa môže zvýšiť až na desiatky alebo stovky krát. Toto je znázornené v grafe:

Energetické straty v obvode sú spôsobené iba prítomnosťou aktívneho odporu. Energia zo zdroja energie sa berie iba na udržanie výkyvov.

Faktor výkonu sa bude rovnať:

cosФ = 1

Tento vzorec ukazuje, že straty vznikajú v dôsledku činného výkonu:

S = P / Cosph

Rezonančné prúdy

Prúdová rezonancia sa pozoruje v obvodoch, v ktorých sú paralelne zapojené indukčnosť a kapacita.

Tento jav spočíva v toku veľkých prúdov medzi kondenzátorom a cievkou pri nulovom prúde v nerozvetvenej časti obvodu. Je to tak preto, že keď sa dosiahne rezonančná frekvencia, zvyšuje sa celkový odpor Z. Alebo jednoducho to znie takto: v rezonančnom bode je dosiahnutá maximálna celková hodnota odporu Z, po ktorom sa jeden z odporov zvyšuje a druhý klesá v závislosti od toho, či sa frekvencia zvyšuje alebo znižuje. Toto je graficky zobrazené:

Vo všeobecnosti je všetko podobné predchádzajúcemu fenoménu, podmienky vzniku súčasnej rezonancie sú nasledujúce:

1. Frekvencia výkonu je podobná rezonancii v obvode.
2. Vodivosť indukčnosti a kapacitancie pre striedavý prúd sa rovná BL = Bc, B = 1 / X.

Praktická aplikácia

Zvážte výhody a poškodenia rezonančných prúdov a napätí. Najväčší úžitok z fenoménu rezonancie priniesol rádiové vysielacie zariadenie. Jednoducho povedané, obvod prijímača má cievku a kondenzátor pripojený k anténe. Zmenou indukčnosti (napríklad posunutím jadra) alebo hodnoty kapacity (napríklad kondenzátora vzduchu) nastavíte rezonančnú frekvenciu. Výsledkom je, že napätie na cievke stúpa a prijímač zachytáva určitú rádiovú vlnu.

Tieto javy môžu byť škodlivé v elektrotechnike, napríklad na káblových vedeniach. Kábel je indukčnosť a kapacita distribuovaná po celej dĺžke, ak je napätie privádzané k dlhej linke v pohotovostnom režime (keď záťaž nie je pripojená ku koncu kábla oproti zdroju energie). Preto existuje nebezpečenstvo, že dôjde k poškodeniu izolácie, aby sa tomu zabránilo, je pripojený záťaž.Podobná situácia môže tiež viesť k zlyhaniu elektronických komponentov, meracích prístrojov a iných elektrických zariadení - to sú nebezpečné následky tohto javu.

záver

Rezonancia napätia a prúdov je zaujímavý jav, ktorý si treba uvedomiť. Pozoruje sa to iba v indukčne kapacitných obvodoch. V obvodoch s veľkým aktívnym odporom sa to nemôže vyskytnúť. Aby som to zhrnul, stručne odpoviem na hlavné otázky týkajúce sa tejto témy:

1. Kde a v ktorých reťazcoch sa pozoruje jav rezonancie?

V induktívnych kapacitných obvodoch.

2. Aké sú podmienky pre výskyt rezonancie prúdov a napätí?

Vyskytuje sa za podmienky rovnakej reaktancie. Obvod musí mať minimálny aktívny odpor a frekvencia napájacieho zdroja sa zhoduje s rezonančnou frekvenciou obvodu.

3. Ako nájsť rezonančnú frekvenciu?

V obidvoch prípadoch vzorcom:w = (1 / LC) ^ (1/2)

4. Ako tento jav odstrániť?

Zvýšením odporu v obvode alebo zmenou frekvencie.

Teraz viete, aká je rezonancia prúdov a napätí, aké sú podmienky pre jej výskyt a praktické aplikácie. Na konsolidáciu materiálu vám odporúčame pozrieť si užitočné video na túto tému:

Súvisiace materiály:

• Dôvody straty elektriny na veľké vzdialenosti
• Meranie striedavého prúdu
• Ako vypočítať odpor vodiča