Ποιος είναι ο συντονισμός των ρευμάτων και των τάσεων

Ανταγωγή αντίστασης και χωρητικότητα

Η επαγωγή είναι η ικανότητα του σώματος να συσσωρεύει ενέργεια σε ένα μαγνητικό πεδίο. Χαρακτηρίζεται από υστέρηση ρεύματος από τάση σε φάση. Τυπικά επαγωγικά στοιχεία είναι πνιγμοί, πηνία, μετασχηματιστές, ηλεκτρικοί κινητήρες.

Η χωρητικότητα αναφέρεται σε στοιχεία που αποθηκεύουν ενέργεια μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου. Τα χωρητικά στοιχεία χαρακτηρίζονται από υστέρηση τάσης από το ρεύμα. Χωρητικά στοιχεία: πυκνωτές, κιρσούς.

Δίδονται οι βασικές τους ιδιότητες, οι αποχρώσεις σε αυτό το άρθρο δεν λαμβάνονται υπόψη.

Εκτός από τα αναφερόμενα στοιχεία, άλλα έχουν επίσης μια ορισμένη αυτεπαγωγή και χωρητικότητα, για παράδειγμα, σε ηλεκτρικά καλώδια κατανεμημένα κατά μήκος.

Χωρητικότητα και επαγωγή σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος

Εάν στα κυκλώματα DC η χωρητικότητα με τη γενική έννοια είναι ένα σπασμένο μέρος του κυκλώματος και η επαγωγή είναι ένας αγωγός, τότε σε εναλλασσόμενους πυκνωτές και τα πηνία είναι ένα αντιδραστικό ανάλογο μιας αντίστασης.

Η αντίδραση του επαγωγέα καθορίζεται από τον τύπο:

Διανυσματικό διάγραμμα:

Αντίδραση πυκνωτή:

Εδώ w είναι η γωνιακή συχνότητα, f είναι η συχνότητα στο ημιτονοειδές κύκλωμα ρεύματος, L είναι η επαγωγή, C είναι η χωρητικότητα.

Διανυσματικό διάγραμμα:

Αξίζει να σημειωθεί ότι στον υπολογισμό των αντιδραστικών στοιχείων που συνδέονται σε σειρά, χρησιμοποιείται ο τύπος:

Λάβετε υπόψη ότι το χωρητικό στοιχείο λαμβάνεται με το σύμβολο μείον. Εάν το ενεργό συστατικό (αντίσταση) υπάρχει επίσης στο κύκλωμα, προσθέστε σύμφωνα με τον τύπο του Πυθαγόρειου θεώρηματος (με βάση το διανυσματικό διάγραμμα):

Σε τι εξαρτάται η αντίδραση; Τα αντιδραστικά χαρακτηριστικά εξαρτώνται από την τιμή της χωρητικότητας ή της επαγωγής, καθώς και από τη συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος.

Εάν κοιτάξετε τον τύπο του αντιδραστικού στοιχείου, μπορείτε να δείτε ότι για ορισμένες τιμές του χωρητικού ή επαγωγικού στοιχείου, η διαφορά τους θα είναι μηδέν, τότε μόνο η αντίσταση θα παραμείνει στο κύκλωμα. Αλλά αυτά δεν είναι όλα τα χαρακτηριστικά μιας τέτοιας κατάστασης.

Συντονισμός τάσης

Εάν ένας πυκνωτής και ένας επαγωγέας συνδέονται εν σειρά με μια γεννήτρια, τότε, με την προϋπόθεση ότι η αντίδρασή τους είναι ίση, θα συμβεί συντονισμός τάσης. Σε αυτήν την περίπτωση, το ενεργό μέρος Z πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η αυτεπαγωγή και η χωρητικότητα έχουν μόνο αντιδραστικές ιδιότητες μόνο σε εξιδανικευμένα παραδείγματα. Σε πραγματικά κυκλώματα και στοιχεία, η ενεργή αντίσταση των αγωγών είναι πάντα παρούσα, αν και είναι εξαιρετικά μικρή.

Κατά τον συντονισμό, πραγματοποιείται ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ του επαγωγέα και του πυκνωτή. Σε ιδανικά παραδείγματα, κατά την αρχική σύνδεση μιας πηγής ενέργειας (γεννήτρια), η ενέργεια συσσωρεύεται στον πυκνωτή (ή τον επαγωγέα) και μετά την απενεργοποίησή του, συμβαίνουν απροσδιόριστες ταλαντώσεις λόγω αυτής της ανταλλαγής.

Οι τάσεις στους επαγωγείς και τις χωρητικότητες είναι περίπου οι ίδιες, σύμφωνα με Ο νόμος του Ωμ:

U = I / X

Όπου X είναι η χωρητική Xc ή XL επαγωγή, αντίστοιχα.

Ένα κύκλωμα που αποτελείται από επαγωγή και χωρητικότητα ονομάζεται κύκλωμα ταλάντωσης. Η συχνότητά του υπολογίζεται με τον τύπο:

Η περίοδος ταλάντωσης καθορίζεται από τον τύπο Thompson:

Δεδομένου ότι η αντίδραση εξαρτάται από τη συχνότητα, η αντίσταση επαγωγής αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας και μειώνεται στην χωρητικότητα. Όταν οι αντιστάσεις είναι ίσες, η συνολική αντίσταση μειώνεται σημαντικά, η οποία αντικατοπτρίζεται στο γράφημα:

Τα κύρια χαρακτηριστικά του κυκλώματος είναι ο συντελεστής ποιότητας (Q) και η συχνότητα. Εάν θεωρήσουμε το κύκλωμα ως τεσσάρων ακροδεκτών, ο συντελεστής μετάδοσης μετά από απλούς υπολογισμούς μειώνεται στον συντελεστή ποιότητας:

Κ = q

Και η τάση στους ακροδέκτες του κυκλώματος αυξάνεται ανάλογα με τον συντελεστή μεταφοράς (συντελεστής ποιότητας) του κυκλώματος.

UK = Uin * Q

Με τον συντονισμό τάσης, όσο υψηλότερος είναι ο συντελεστής ποιότητας, τόσο μεγαλύτερη η τάση στα στοιχεία κυκλώματος θα υπερβαίνει την τάση της συνδεδεμένης γεννήτριας. Η τάση μπορεί να αυξηθεί δεκάδες ή εκατοντάδες φορές. Αυτό φαίνεται στο γράφημα:

Οι απώλειες ισχύος στο κύκλωμα οφείλονται μόνο στην παρουσία ενεργού αντίστασης. Η ενέργεια από την πηγή ισχύος λαμβάνεται μόνο για τη διατήρηση των διακυμάνσεων.

Ο συντελεστής ισχύος θα είναι ίσος με:

cosФ = 1

Αυτός ο τύπος δείχνει ότι οι απώλειες συμβαίνουν λόγω ενεργού ισχύος:

S = P / Cosph

Ρεύματα συντονισμού

Το ρεύμα συντονισμού παρατηρείται σε κυκλώματα όπου η αυτεπαγωγή και η χωρητικότητα συνδέονται παράλληλα.

Το φαινόμενο συνίσταται στη ροή μεγάλων ρευμάτων μεταξύ του πυκνωτή και του πηνίου, σε μηδενικό ρεύμα στο μη διακλαδωμένο τμήμα του κυκλώματος. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν επιτυγχάνεται η συχνότητα συντονισμού, αυξάνεται η συνολική αντίσταση Z. Ή με απλούς όρους ακούγεται έτσι - στο σημείο συντονισμού επιτυγχάνεται η μέγιστη συνολική τιμή της αντίστασης Ζ, μετά την οποία μία από τις αντιστάσεις αυξάνεται και η άλλη μειώνεται ανάλογα με το αν η συχνότητα αυξάνεται ή μειώνεται. Αυτό εμφανίζεται γραφικά:

Γενικά, όλα είναι παρόμοια με το προηγούμενο φαινόμενο, οι συνθήκες για την εμφάνιση του τρέχοντος συντονισμού είναι οι εξής:

1. Η συχνότητα ισχύος είναι παρόμοια με το συντονισμό στο κύκλωμα.
2. Οι αγωγιμότητες της επαγωγής και της χωρητικότητας για εναλλασσόμενο ρεύμα είναι BL = Bc, B = 1 / X.

Πρακτική εφαρμογή

Εξετάστε τα οφέλη και τις βλάβες των ρευμάτων συντονισμού και των τάσεων. Το μεγαλύτερο όφελος από το φαινόμενο του συντονισμού που έφερε ο εξοπλισμός ραδιοφωνικής μετάδοσης. Με απλά λόγια, το κύκλωμα του δέκτη έχει ένα πηνίο και έναν πυκνωτή συνδεδεμένο στην κεραία. Αλλάζοντας την αυτεπαγωγή (για παράδειγμα, μετακίνηση του πυρήνα) ή την τιμή της χωρητικότητας (για παράδειγμα, ένας πυκνωτής μεταβλητής αέρα) ρυθμίζετε τη συχνότητα συντονισμού. Ως αποτέλεσμα, η τάση στο πηνίο αυξάνεται και ο δέκτης πιάνει ένα συγκεκριμένο ραδιοκύμα.

Αυτά τα φαινόμενα μπορεί να είναι επιβλαβή στην ηλεκτρολογία, για παράδειγμα, σε καλωδιακές γραμμές. Ένα καλώδιο είναι μια αυτεπαγωγή και χωρητικότητα κατανεμημένη κατά το μήκος, εάν η τάση εφαρμόζεται σε μια μακρά γραμμή σε κατάσταση αδράνειας (όταν το φορτίο δεν είναι συνδεδεμένο στο άκρο του καλωδίου απέναντι από την πηγή ισχύος). Επομένως, υπάρχει κίνδυνος να προκληθεί βλάβη της μόνωσης, προκειμένου να αποφευχθεί αυτό, συνδέεται ένα έρμα φορτίου.Επίσης, μια παρόμοια κατάσταση μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, οργάνων μέτρησης και άλλου ηλεκτρικού εξοπλισμού - αυτές είναι επικίνδυνες συνέπειες αυτού του φαινομένου.

Συμπέρασμα

Ο συντονισμός των τάσεων και των ρευμάτων είναι ένα ενδιαφέρον φαινόμενο που πρέπει να γνωρίζετε. Παρατηρείται μόνο σε επαγωγικά χωρητικά κυκλώματα. Σε κυκλώματα με μεγάλες ενεργές αντιστάσεις, δεν μπορεί να συμβεί. Συνοψίζοντας, απαντώντας εν συντομία στις κύριες ερωτήσεις σχετικά με αυτό το θέμα:

1. Πού και σε ποιες αλυσίδες παρατηρείται το φαινόμενο συντονισμού;

Σε επαγωγικά χωρητικά κυκλώματα.

2. Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για την εμφάνιση συντονισμού ρευμάτων και τάσεων;

Εμφανίζεται υπό την προϋπόθεση της ίσης αντίδρασης. Το κύκλωμα πρέπει να έχει μια ελάχιστη ενεργή αντίσταση και η συχνότητα της παροχής ισχύος συμπίπτει με τη συχνότητα συντονισμού του κυκλώματος.

3. Πώς να βρείτε τη συχνότητα συντονισμού;

Και στις δύο περιπτώσεις, με τον τύπο:w = (1 / LC) ^ (1/2)

4. Πώς να εξαλείψετε το φαινόμενο;

Αυξάνοντας την αντίσταση στο κύκλωμα ή αλλάζοντας τη συχνότητα.

Τώρα ξέρετε ποιος είναι ο συντονισμός των ρευμάτων και των τάσεων, ποιες είναι οι προϋποθέσεις για την εμφάνιση και τις πρακτικές εφαρμογές του. Για να ενοποιήσετε το υλικό, σας συνιστούμε να παρακολουθήσετε ένα χρήσιμο βίντεο σχετικά με το θέμα:

Σχετικά υλικά:

• Οι λόγοι για την απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις
• Μέτρηση συχνότητας AC
• Πώς να υπολογίσετε την αντίσταση του καλωδίου