Rezonanța tensiunii
Dacă circuitul AC este conectat în serie inductor și condensator, atunci ele afectează în felul lor generatorul care alimentează circuitul și conexiunile de fază dintre curent și tensiune.
Un inductor introduce o schimbare de fază în care curentul întârzie tensiunea cu un sfert de perioadă, în timp ce un condensator, dimpotrivă, face ca tensiunea din circuit să întârzie curentul cu un sfert de perioadă. Astfel, efectul rezistenței inductive asupra defazajului dintre curent și tensiune într-un circuit este opus efectului rezistenței capacitive.
Acest lucru duce la faptul că defazarea totală între curent și tensiune în circuit depinde de raportul dintre valorile rezistenței inductive și capacitive.
Dacă valoarea rezistenței capacitive a circuitului este mai mare decât cea inductivă, atunci circuitul este de natură capacitivă, adică tensiunea este în urmă față de curentul în fază. Dacă, dimpotrivă, rezistența inductivă a circuitului este mai mare decât cea capacitivă, atunci tensiunea conduce curentul și deci circuitul este inductiv.
Reactanța totală Xtot a circuitului pe care îl luăm în considerare este determinată prin adăugarea rezistenței inductive a bobinei XL și a rezistenței capacitive a condensatorului XC.
Dar, deoarece acțiunea acestor rezistențe în circuit este opusă, atunci uneia dintre ele, și anume Xc, i se atribuie un semn minus, iar reactanța totală este determinată de formula:
Aplicați la acest circuit Legea lui Ohm, primim:
Această formulă poate fi transformată după cum urmează:
În ecuația rezultată, AzxL — valoarea efectivă a componentei tensiunii totale a circuitului, care va depăși rezistența inductivă a circuitului, și AzNSC — valoarea efectivă a componentei tensiunii totale a circuitului, care va depășiți rezistența capacitivă.
Astfel, tensiunea totală a unui circuit constând dintr-o conexiune în serie a unei bobine și a unui condensator poate fi considerată ca fiind formată din doi termeni, ale căror valori depind de valorile rezistenței inductive și capacitive ale circuit.
Am crezut că un astfel de circuit nu are rezistență activă. Cu toate acestea, în cazurile în care rezistența activă a circuitului nu mai este atât de mică încât să fie neglijabilă, rezistența totală a circuitului este determinată de următoarea formulă:
unde R este rezistența activă totală a circuitului, XL -NSC - reactanța sa totală. Trecând la formula legii lui Ohm, avem dreptul să scriem:
Rezonanța tensiunii AC
Rezistențele inductive și capacitive conectate în serie provoacă o schimbare de fază mai mică între curent și tensiune într-un circuit de curent alternativ decât dacă ar fi incluse în circuit separat.
Cu alte cuvinte, din acțiunea simultană a acestor două reacții de natură diferită în circuit are loc compensarea (distrugerea reciprocă) a defazajului.
Despăgubire integrală, de ex. eliminarea completă a defazajului dintre curent și tensiune într-un astfel de circuit va avea loc atunci când rezistența inductivă este egală cu rezistența capacitivă a circuitului, adică atunci când XL = XC sau, ceea ce este același, când ωL = 1 / ωC.
În acest caz, circuitul se va comporta ca o rezistență pur activă, adică ca și cum nu ar avea nici bobină, nici condensator. Valoarea acestei rezistențe este determinată de suma rezistențelor active ale bobinei și firele de legătură. La care curent efectiv în circuit va fi cel mai mare și este determinat de formula legii lui Ohm I = U / Runde Z este acum înlocuit cu R.
Totodată, tensiunile care acționează asupra bobinei UL = AzxL și asupra condensatorului Uc = AzNSCC vor fi egale și vor fi cât mai mari. Cu rezistența activă scăzută a circuitului, aceste tensiuni pot depăși de multe ori tensiunea totală U a bornelor circuitului. Acest fenomen interesant se numește rezonanță de tensiune în inginerie electrică.
În fig. 1 prezintă curbele tensiunilor, curenților și puterii la tensiunile de rezonanță din circuit.
Graficul curentului de tensiune și al puterii la rezonanța tensiunii
Trebuie avut în vedere că rezistențele XL și C sunt variabile care depind de frecvența curentului și merită să-i schimbi măcar puțin frecvența, de exemplu, mărind-o pe măsură ce XL = ωL va crește, iar XSC = = 1 / ωC va scădea și astfel rezonanța tensiunii din circuit va fi imediat perturbată, în timp ce împreună cu rezistența activă va apărea și reactanța în circuit. Același lucru se va întâmpla dacă modificați valoarea inductanței sau capacității circuitului.
Cu rezonanța tensiunii, puterea sursei de curent va fi cheltuită doar pentru a depăși rezistența activă a circuitului, adică pentru a încălzi firele.
De fapt, într-un circuit cu o singură bobină inductivă apar fluctuații de energie, adică. transfer periodic de energie de la generator la camp magnetic bobine. Într-un circuit cu un condensator, se întâmplă același lucru, dar din cauza energiei câmpului electric al condensatorului. Într-un circuit cu un condensator și un inductor la rezonanță de tensiune (ХL = XС) energia, odată stocată de circuit, trece periodic de la bobină la condensator și invers, și doar consumul de energie necesar pentru a depăși rezistența activă a circuitul cade pe ponderea sursei de curent. Prin urmare, schimbul de energie are loc între condensator și bobină aproape fără participarea generatorului.
Trebuie doar să întrerupeți o rezonanță de tensiune în funcție de valoare, cum energia câmpului magnetic al bobinei devine inegală cu energia câmpului electric al condensatorului, iar în procesul de schimb de energie între aceste câmpuri, un exces de energie va apar, care va curge periodic din sursa din circuit, apoi o va alimenta înapoi în circuit.
Acest fenomen este foarte asemănător cu ceea ce se întâmplă într-un mecanism de ceas. Pendulul unui ceas ar putea oscila continuu fără ajutorul unui arc (sau a unei greutăți într-un mers cu ceas) dacă nu ar fi forțele de frecare care îi încetinesc mișcarea.
Arcul, prin transmiterea unei părți din energia sa pendulului la momentul potrivit, îl ajută să depășească forțele de frecare, realizând astfel continuitatea oscilației.
În mod similar, într-un circuit electric, atunci când are loc rezonanță în el, sursa de curent își cheltuie energia doar pentru a depăși rezistența activă a circuitului, asistând astfel procesul oscilator din acesta.
Astfel ajungem la concluzia că un circuit de curent alternativ, format dintr-un generator și un inductor și un condensator conectați în serie, în anumite condiții XL = XС devine un sistem oscilant... Acest circuit a fost numit circuit oscilant.
Din ecuația XL = XС este posibil să se determine valorile frecvenței generatorului la care are loc fenomenul de rezonanță a tensiunii:
Înțelesul capacității și inductanței circuitului în care apare rezonanța tensiunii:
Astfel, schimbând oricare dintre aceste trei mărimi (eres, L și C), este posibil să se provoace rezonanță de tensiune în circuit, adică să se transforme circuitul într-un circuit oscilant.
Un exemplu de aplicare utilă a rezonanței tensiunii: Circuitul de intrare al unui receptor este reglat de un condensator variabil (sau variometru) astfel încât să apară rezonanța tensiunii în el. Acest lucru realizează o creștere mare a tensiunii bobinei necesară pentru funcționarea normală a receptorului în comparație cu tensiunea circuitului creată de antenă.
Odată cu utilizarea utilă a fenomenului de rezonanță a tensiunii în inginerie electrică, există adesea cazuri în care rezonanța tensiunii este dăunătoare.O creștere mare a tensiunii în secțiuni individuale ale circuitului (pe bobină sau pe condensator) în comparație cu tensiunea a generatorului poate duce la deteriorarea pieselor separate și a dispozitivelor de măsurare.