Sự cộng hưởng của dòng điện và điện áp là gì

Điện kháng và điện dung

Điện cảm là khả năng cơ thể tích lũy năng lượng trong từ trường. Nó được đặc trưng bởi độ trễ của dòng điện từ điện áp trong pha. Các yếu tố quy nạp điển hình là cuộn cảm, cuộn dây, máy biến thế, động cơ điện.

Công suất đề cập đến các yếu tố lưu trữ năng lượng thông qua một điện trường. Các phần tử điện dung được đặc trưng bởi độ trễ pha của điện áp từ dòng điện. Các phần tử điện dung: tụ điện, varicaps.

Các thuộc tính cơ bản của chúng được đưa ra, các sắc thái trong bài viết này không được tính đến.

Ngoài các yếu tố được liệt kê, các yếu tố khác cũng có độ tự cảm và điện dung nhất định, ví dụ, trong các dây cáp điện được phân bổ dọc theo chiều dài của nó.

Điện dung và điện cảm trong mạch điện xoay chiều

Nếu trong mạch điện một chiều, điện dung theo nghĩa chung là một phần bị hỏng của mạch và cuộn cảm là một dây dẫn, thì trong các tụ điện và cuộn dây xen kẽ là một chất tương tự phản kháng của điện trở.

Độ phản ứng của cuộn cảm được xác định theo công thức:

Sơ đồ vectơ:

Phản ứng tụ điện:

Ở đây w là tần số góc, f là tần số trong mạch dòng hình sin, L là điện cảm, C là điện dung.

Sơ đồ vectơ:

Điều đáng chú ý là trong tính toán các yếu tố phản ứng được kết nối theo chuỗi, công thức được sử dụng:

Xin lưu ý rằng thành phần điện dung được lấy bằng dấu trừ. Nếu thành phần hoạt động (điện trở) cũng có mặt trong mạch, sau đó thêm theo công thức của định lý Pythagore (dựa trên sơ đồ vectơ):

Phản ứng phụ thuộc vào cái gì? Đặc tính phản ứng phụ thuộc vào điện dung hoặc độ tự cảm, cũng như tần số của dòng điện xoay chiều.

Nếu bạn nhìn vào công thức của thành phần phản kháng, bạn có thể thấy rằng đối với các giá trị nhất định của thành phần điện dung hoặc cảm ứng, sự khác biệt của chúng sẽ bằng không, khi đó chỉ có điện trở trong mạch. Nhưng đây không phải là tất cả các tính năng của một tình huống như vậy.

Cộng hưởng điện áp

Nếu một tụ điện và một cuộn cảm được kết nối nối tiếp với một máy phát, thì, với điều kiện là phản ứng của chúng bằng nhau, cộng hưởng điện áp sẽ xảy ra. Trong trường hợp này, phần hoạt động Z phải càng nhỏ càng tốt.

Điều đáng chú ý là điện cảm và điện dung chỉ có phẩm chất phản ứng chỉ trong các ví dụ lý tưởng hóa. Trong các mạch và phần tử thực, điện trở hoạt động của dây dẫn luôn luôn xuất hiện, mặc dù nó cực kỳ nhỏ.

Khi cộng hưởng, một sự trao đổi năng lượng xảy ra giữa cuộn cảm và tụ điện. Trong các ví dụ lý tưởng, trong quá trình kết nối ban đầu của một nguồn năng lượng (máy phát), năng lượng được tích lũy trong tụ điện (hoặc cuộn cảm) và sau khi nó bị tắt, các dao động không bị suy giảm xảy ra do sự trao đổi này.

Các điện áp tại cuộn cảm và điện dung là gần như nhau, theo Luật pháp:

U = I / X

Trong đó X là điện cảm Xc hoặc điện cảm XL tương ứng.

Một mạch điện gồm cuộn cảm và điện dung được gọi là mạch dao động. Tần số của nó được tính theo công thức:

Chu kỳ dao động được xác định theo công thức Thompson:

Vì điện kháng phụ thuộc vào tần số, điện trở tự cảm tăng khi tần số tăng và giảm tại điện dung. Khi các điện trở bằng nhau, tổng trở giảm đi rất nhiều, điều này được phản ánh trong biểu đồ:

Các đặc điểm chính của mạch là yếu tố chất lượng (Q) và tần số. Nếu chúng ta coi mạch là bốn cực thì hệ số truyền của nó sau khi tính toán đơn giản được giảm xuống thành hệ số chất lượng:

K = q

Và điện áp ở các cực của mạch tăng tỷ lệ với hệ số truyền (hệ số chất lượng) của mạch.

Anh = Uin * Q

Với cộng hưởng điện áp, hệ số chất lượng càng cao, điện áp trên các phần tử mạch càng lớn sẽ vượt quá điện áp của máy phát được kết nối. Điện áp có thể tăng hàng chục hoặc hàng trăm lần. Điều này được hiển thị trong biểu đồ:

Mất điện trong mạch chỉ do sự hiện diện của điện trở hoạt động. Năng lượng từ nguồn năng lượng chỉ được lấy để duy trì biến động.

Hệ số công suất sẽ bằng:

cosФ = 1

Công thức này cho thấy tổn thất xảy ra do sức mạnh hoạt động:

S = P / Cosph

Dòng điện cộng hưởng

Sự cộng hưởng hiện tại được quan sát trong các mạch trong đó điện cảm và điện dung được kết nối song song.

Hiện tượng này bao gồm dòng chảy của dòng điện lớn giữa tụ điện và cuộn dây, ở dòng điện bằng 0 trong phần không phân nhánh của mạch. Điều này là do khi đạt được tần số cộng hưởng, tổng điện trở Z tăng. Hay nói một cách đơn giản, nó có vẻ như thế này - tại điểm cộng hưởng, tổng giá trị tối đa của điện trở Z đạt được, sau đó một trong các điện trở tăng và mức còn lại giảm tùy thuộc vào tần số tăng hay giảm. Điều này được hiển thị bằng đồ họa:

Nói chung, mọi thứ đều giống với hiện tượng trước đó, các điều kiện cho sự xuất hiện của cộng hưởng hiện tại như sau:

1. Tần số công suất tương tự như cộng hưởng tại mạch.
2. Độ dẫn của độ tự cảm và điện dung cho dòng điện xoay chiều bằng BL = Bc, B = 1 / X.

Ứng dụng thực tế

Xem xét lợi ích và tác hại của dòng điện cộng hưởng và điện áp. Lợi ích lớn nhất của hiện tượng cộng hưởng mang lại trong thiết bị phát sóng vô tuyến. Nói một cách đơn giản, mạch thu có một cuộn dây và tụ điện được nối với ăng ten. Bằng cách thay đổi độ tự cảm (ví dụ, di chuyển lõi) hoặc giá trị của điện dung (ví dụ, tụ điện biến không khí), bạn điều chỉnh tần số cộng hưởng. Kết quả là, điện áp trên cuộn dây tăng lên và máy thu bắt được một sóng vô tuyến nhất định.

Những hiện tượng này có thể gây hại trong kỹ thuật điện, ví dụ, trên các tuyến cáp. Cáp là một cuộn cảm và điện dung được phân bổ dọc theo chiều dài nếu điện áp được đặt vào một đường dài ở chế độ không tải (khi tải không được kết nối với đầu cáp đối diện với nguồn điện). Do đó, có một mối nguy hiểm là sự cố cách điện sẽ xảy ra, để tránh điều này, một chấn lưu tải được kết nối.Ngoài ra, một tình huống tương tự có thể dẫn đến sự thất bại của các linh kiện điện tử, dụng cụ đo lường và các thiết bị điện khác - đây là những hậu quả nguy hiểm của hiện tượng này.

Kết luận

Sự cộng hưởng của điện áp và dòng điện là một hiện tượng thú vị cần chú ý. Nó chỉ được quan sát trong các mạch điện cảm. Trong các mạch có điện trở hoạt động lớn, nó không thể xảy ra. Để tóm tắt, trả lời ngắn gọn các câu hỏi chính về chủ đề này:

1. Hiện tượng cộng hưởng được quan sát ở đâu và trong chuỗi nào?

Trong mạch điện cảm.

2. Các điều kiện cho sự xuất hiện của cộng hưởng của dòng điện và điện áp là gì?

Nó xảy ra trong điều kiện phản ứng bằng nhau. Mạch phải có điện trở hoạt động tối thiểu và tần số của nguồn cung cấp phải phù hợp với tần số cộng hưởng của mạch.

3. Làm thế nào để tìm tần số cộng hưởng?

Trong cả hai trường hợp, theo công thức:w = (1 / LC) ^ (1/2)

4. Làm thế nào để loại bỏ hiện tượng?

Bằng cách tăng điện trở trong mạch hoặc thay đổi tần số.

Bây giờ bạn đã biết sự cộng hưởng của dòng điện và điện áp là gì, các điều kiện cho sự xuất hiện của nó và các ứng dụng thực tế. Để củng cố tài liệu, chúng tôi khuyên bạn nên xem video hữu ích về chủ đề này:

Tài liệu liên quan:

• Những lý do cho việc mất điện trên một khoảng cách dài
• Đo tần số AC
• Cách tính điện trở dây