Jaká je rezonance proudů a napětí
Indukční reaktance a kapacita
Indukčnost je schopnost těla akumulovat energii v magnetickém poli. Vyznačuje se zpožděním proudu od napětí ve fázi. Typickými indukčními prvky jsou tlumivky, cívky, transformátory, elektrické motory.
Kapacita se týká prvků, které ukládají energii prostřednictvím elektrického pole. Kapacitní prvky jsou charakterizovány fázovým zpožděním napětí od proudu. Kapacitní prvky: kondenzátory, varixy.
Jejich základní vlastnosti jsou uvedeny, nuance v tomto článku nejsou brány v úvahu.
Kromě uvedených prvků mají jiné také určitou indukčnost a kapacitu, například v elektrických kabelech distribuovaných po své délce.
Kapacitní odpor a indukčnost v obvodu střídavého proudu
Pokud je v obvodech stejnosměrného proudu kapacitance v obecném smyslu přerušená část obvodu a indukčnost je vodičem, pak jsou ve střídavých kondenzátorech a cívkách reaktivní analog rezistoru.
Reaktanta induktoru je určena vzorcem:
Vektorový diagram:
Reaktivita kondenzátoru:
Zde w je úhlová frekvence, f je frekvence v obvodu sinusového proudu, L je indukčnost, C je kapacita.
Vektorový diagram:
Je třeba poznamenat, že při výpočtu reaktivních prvků zapojených do série se používá vzorec:
Vezměte prosím na vědomí, že kapacitní součást je přijata se znaménkem minus. Pokud je v obvodu přítomna také aktivní složka (rezistor), přidejte podle vzorce Pythagorovy věty (na základě vektorového diagramu):
Na čem závisí reaktance? Reaktivní charakteristiky závisí na kapacitě nebo indukčnosti, jakož i na frekvenci střídavého proudu.
Když se podíváte na vzorec reaktivní složky, můžete vidět, že pro určité hodnoty kapacitní nebo indukční složky bude jejich rozdíl nulový, pak v obvodu zůstane pouze odpor. Ale to nejsou všechny rysy takové situace.
Rezonance napětí
Pokud jsou kondenzátor a induktor zapojeny do série s generátorem, pak za předpokladu, že je jejich reaktance stejná, dojde k rezonanci napětí. V tomto případě by aktivní část Z měla být co nejmenší.
Je třeba poznamenat, že indukčnost a kapacita mají pouze reaktivní vlastnosti pouze v idealizovaných příkladech. V reálných obvodech a prvcích je aktivní odpor vodičů vždy přítomen, i když je extrémně malý.
Při rezonanci dochází k výměně energie mezi induktorem a kondenzátorem. V ideálních příkladech se během počátečního připojení zdroje energie (generátoru) akumuluje energie v kondenzátoru (nebo induktoru) a po vypnutí se díky této výměně vyskytují netlumené oscilace.
Napětí na induktorech a kapacitance jsou přibližně stejné Ohmův zákon:
U = I / X
Kde X je kapacitní Xc nebo indukčnost XL.
Obvod sestávající z indukčnosti a kapacitance se nazývá oscilační obvod. Jeho frekvence se vypočítá podle vzorce:
Období oscilace je určeno podle Thompsonova vzorce:
Protože reaktance závisí na frekvenci, indukční odpor se zvyšuje se zvyšující se frekvencí a snižuje se na kapacitanci. Když jsou odpory stejné, celkový odpor se výrazně sníží, což se odráží v grafu:
Hlavními charakteristikami obvodu jsou faktor kvality (Q) a frekvence. Pokud považujeme obvod za čtyř-terminál, pak se jeho koeficient přenosu po jednoduchých výpočtech sníží na faktor kvality:
K = q
A napětí na svorkách obvodu se zvyšuje úměrně koeficientu přenosu (faktoru kvality) obvodu.
UK = Uin * Q
S rezonancí napětí platí, že čím vyšší je faktor kvality, tím větší napětí na prvcích obvodu překročí napětí připojeného generátoru. Napětí se může zvýšit desetkrát nebo stokrát. To je znázorněno v grafu:
Ztráty energie v obvodu jsou způsobeny pouze přítomností aktivního odporu. Energie ze zdroje energie je odebírána pouze k udržení výkyvů.
Faktor výkonu bude roven:
cosФ = 1
Tento vzorec ukazuje, že ke ztrátám dochází v důsledku činného výkonu:
S = P / Cosph
Rezonanční proudy
Proudová rezonance je pozorována v obvodech, kde jsou indukčnost a kapacita paralelně zapojeny.
Tento jev spočívá v toku velkých proudů mezi kondenzátorem a cívkou při nulovém proudu v nerozvětvené části obvodu. Je to proto, že když je dosaženo rezonanční frekvence, zvyšuje se celkový odpor Z. Nebo jednoduše řečeno, zní takto: v rezonančním bodě je dosaženo maximální celkové hodnoty odporu Z, po které se jeden z odporů zvyšuje a druhý klesá v závislosti na tom, zda se frekvence zvyšuje nebo snižuje. Toto je graficky zobrazeno:
Obecně je vše podobné předchozímu jevu, podmínky pro vznik současné rezonance jsou následující:
- Frekvence výkonu je podobná rezonanci v obvodu.
- Vodivost indukčnosti a kapacitance pro střídavý proud je BL = Bc, B = 1 / X.
Praktická aplikace
Zvažte výhody a poškození rezonančních proudů a napětí. Největší výhoda z fenoménu rezonance přinesla zařízení pro rozhlasové vysílání. Zjednodušeně řečeno, obvod přijímače má cívku a kondenzátor připojený k anténě. Změnou indukčnosti (například pohybem jádra) nebo hodnoty kapacity (například vzduchového proměnného kondenzátoru) nastavíte rezonanční frekvenci. V důsledku toho stoupá napětí na cívce a přijímač zachytí určitou rádiovou vlnu.
Tyto jevy mohou být škodlivé v elektrotechnice, například na kabelových vedeních. Kabel je indukčnost a kapacita distribuovaná po celé délce, je-li na dlouhé vedení přivedeno napětí v klidovém režimu (pokud zátěž není připojena ke konci kabelu oproti zdroji energie). Proto existuje nebezpečí, že dojde k poškození izolace, aby se tomu zabránilo, je připojena zátěžová zátěž.Podobná situace může také vést k selhání elektronických součástek, měřicích přístrojů a dalších elektrických zařízení - to jsou nebezpečné následky tohoto jevu.
Závěr
Rezonance napětí a proudů je zajímavý jev, který je třeba si uvědomit. To je pozorováno pouze v indukčně-kapacitních obvodech. V obvodech s velkými aktivními odpory to nemůže nastat. Abych to shrnul, stručně odpovím na hlavní otázky k tomuto tématu:
- Kde a ve kterých řetězcích je pozorován rezonanční jev?
V induktivních kapacitních obvodech.
- Jaké jsou podmínky pro výskyt rezonance proudů a napětí?
Vyskytuje se za podmínek stejné reaktivity. Obvod musí mít minimální aktivní odpor a frekvence napájení se shoduje s rezonanční frekvencí obvodu.
- Jak najít rezonanční frekvenci?
V obou případech podle vzorce:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Jak tento jev eliminovat?
Zvýšením odporu v obvodu nebo změnou frekvence.
Nyní víte, jaká je rezonance proudů a napětí, jaké jsou podmínky pro její výskyt a praktické aplikace. Pro konsolidaci materiálu doporučujeme sledovat užitečné video na toto téma:
Související materiály:
Načítám ...
