מהו התהודה של זרמים ומתחים

תגובת השראות וקיבול

השראות הן יכולתו של הגוף לצבור אנרגיה בשדה מגנטי. הוא מאופיין בפיגור של זרם ממתח בשלב. אלמנטים אינדוקטיביים אופייניים הם חונקים, סלילים, שנאים, מנועים חשמליים.

קיבולת מתייחסת לאלמנטים המאחסנים אנרגיה דרך שדה חשמלי. אלמנטים קיבוליות מאופיינים בפיגור שלב של מתח מהזרם. אלמנטים קיבוליים: קבלים, דליות.

המאפיינים הבסיסיים שלהם ניתנים, הניואנסים בתוך מאמר זה לא נלקחים בחשבון.

בנוסף לאלמנטים המפורטים, לאחרים יש גם השראות וקיבול מסוימים, למשל בכבלים חשמליים המופצים לאורכו.

קיבול ושראות במעגל זרם חילופין

אם במעגלי DC הקיבול במובן הכללי הוא חלק שבור של המעגל, והשראות הם מוליך, אז בקבלים וסלילים מתחלפים הם אנלוגי תגובתי של נגן.

תגובת המשרן נקבעת על ידי הנוסחה:

תרשים וקטורי:

תגובת קבלים:

כאן w הוא התדר הזוויתי, f הוא התדר במעגל הזרם הסינוסואידי, L הוא השראות, C הוא הקיבול.

תרשים וקטורי:

ראוי לציין כי בחישוב אלמנטים תגוביים המחוברים בסדרה משתמשים בנוסחה:

שימו לב כי הרכיב הקיבול נלקח עם סימן מינוס. אם המרכיב הפעיל (הנגד) קיים גם במעגל, ואז להוסיף לפי הנוסחה של משפט פיתגורס (מבוסס על תרשים הווקטור):

במה תלוי התגובה? מאפיינים תגוביים תלויים בקיבול או השראות, כמו גם בתדירות הזרם החילופי.

אם אתה מסתכל על הנוסחה של הרכיב הריאקטיבי, אתה יכול לראות שעבור ערכים מסוימים של הרכיב הקיבולי או האינדוקטיבי, ההבדל שלהם יהיה אפס, אז רק ההתנגדות תישאר במעגל. אבל אלה לא כל התכונות של מצב כזה.

תהודה מתח

אם קבלים ומשרן מחוברים בסדרה עם גנרטור, אם כן, בתנאי שההתייחסות שלהם שווה, תתרחש תהודה מתח. במקרה זה, החלק הפעיל Z צריך להיות קטן ככל האפשר.

ראוי לציין שלשראות השראות וקיבול יש רק איכויות תגוביות רק בדוגמאות אידיאליסטיות. במעגלים ואלמנטים אמיתיים, תמיד קיימת התנגדות פעילה של מוליכים, אם כי היא קטנה ביותר.

בתהודה מתרחש חילופי אנרגיה בין המשרן והקבל. בדוגמאות אידיאליות, במהלך החיבור הראשוני של מקור אנרגיה (גנרטור), אנרגיה מצטברת בקבל (או משרן) ולאחר כיבויו, מתרחשות תנודות לא מחופשות עקב חילופי דברים אלה.

המתחים במשרנים וקיבולות זהים בערך, בהתאם החוק של אוהם:

U = I / X

כאשר X הוא השראות קיבוליות או XL, בהתאמה.

מעגל המורכב משראות וקיבול נקרא מעגל מתנד. התדר שלה מחושב על ידי הנוסחה:

תקופת התנודה נקבעת על ידי נוסחת תומפסון:

מכיוון שהתגובה תלויה בתדר, התנגדות השראות עולה עם התדירות ההולכת וגוברת בקיבול. כאשר ההתנגדות שווה, ההתנגדות הכוללת מצטמצמת מאוד, וזה בא לידי ביטוי בתרשים:

המאפיינים העיקריים של המעגל הם גורם האיכות (Q) והתדר. אם אנו רואים את המעגל כארבעה מסופים, מקדם ההולכה שלו לאחר חישובים פשוטים מצטמצם לגורם האיכות:

K = q

והמתח במסופי המעגל עולה ביחס למקדם ההעברה (גורם איכות) של המעגל.

בריטניה = Uin * Q

עם תהודה מתח, ככל שגורם האיכות גבוה יותר, כך המתח באלמנטים של המעגל יעלה על המתח של הגנרטור המחובר. המתח יכול לעלות עשרות או מאות פעמים. זה מוצג בתרשים:

הפסדי חשמל במעגל נובעים רק מנוכחות של התנגדות פעילה. אנרגיה ממקור הכוח נלקחת רק כדי לשמור על תנודות.

גורם הכוח יהיה שווה ל:

cosФ = 1

נוסחה זו מראה כי הפסדים מתרחשים כתוצאה מכוח פעיל:

S = P / Cosph

זרמי תהודה

התהודה הנוכחית נצפית במעגלים שבהם השראות והקיבול מחוברים במקביל.

התופעה מורכבת בזרימת זרמים גדולים בין הקבל לסליל, בזרם אפס בחלק הלא מסועף של המעגל. הסיבה לכך היא שכשמגיעים לתדר התהודה, ההתנגדות הכוללת Z עולה. או במילים פשוטות זה נשמע כך - בנקודת התהודה מגיע לערך המקסימאלי של ההתנגדות Z, אחריו אחת ההתנגדות עולה והשנייה יורדת תלוי אם התדר עולה או יורד. זה מוצג באופן גרפי:

באופן כללי, הכל דומה לתופעה הקודמת, התנאים להופעת התהודה הנוכחית הם כדלקמן:

1. תדר הכוח דומה לתהודה במעגל.
2. המוליכות של השראות וקיבול זרם חילופין שווים ל- BL = Bc, B = 1 / X.

יישום מעשי

קחו בחשבון את היתרונות והפגמים של זרמי התהודה והמתחים. התועלת הגדולה ביותר מתופעת התהודה שהביאה ציוד לשידור רדיו. במילים פשוטות, למעגל המקלט סליל וקבל המחוברים לאנטנה. על ידי שינוי השראות (לדוגמה, הזזת הליבה) או ערך הקיבול (לדוגמה, קבל משתנה אוויר) אתה מכוון את התדר התהודה. כתוצאה מכך המתח על הסליל עולה והמקלט תופס גל רדיו מסוים.

תופעות אלה יכולות להזיק בהנדסת חשמל, למשל, על קווי כבלים. כבל הוא השראות וקיבול המופצים לאורך אם מתחים מתח לקו ארוך במצב סרק (כאשר העומס אינו מחובר לקצה הכבל מול מקור הכוח). לכן יש סכנה שתתרחש התמוטטות של בידוד, על מנת להימנע מכך מחובר נטל עומס.כמו כן, מצב דומה יכול להוביל לכישלון של רכיבים אלקטרוניים, מכשירי מדידה וציוד חשמלי אחר - אלה השלכות מסוכנות של תופעה זו.

מסקנה

התהודה של המתחים והזרמים היא תופעה מעניינת שכדאי להיות מודעים לה. הוא נצפה רק במעגלים אינדוקטיביים-קיבוליים. במעגלים עם התנגדות פעילה גדולה, זה לא יכול להתרחש. לסיכום, לענות בקצרה על השאלות העיקריות בנושא זה:

1. היכן ובאילו שרשראות נצפתה תופעת התהודה?

במעגלים קיבוליים אינדוקטיביים.

2. מהם התנאים להופעת תהודה של זרמים ומתחים?

זה מתרחש בתנאי של תגובתיות שווה. על המעגל להיות בעל התנגדות פעילה מינימלית, ותדירות ספק הכוח חופפת לתדר התהודה של המעגל.

3. כיצד למצוא את התדר המהדהד?

בשני המקרים, לפי הנוסחה:w = (1 / LC) ^ (1/2)

4. כיצד לחסל את התופעה?

על ידי הגדלת ההתנגדות במעגל או שינוי התדר.

עכשיו אתה יודע מה התהודה של זרמים ומתחים, מהם התנאים להתרחשותם ויישומים מעשיים. כדי לאחד את החומר, אנו ממליצים לצפות בסרטון וידאו שימושי בנושא:

חומרים קשורים:

• הסיבות לאובדן חשמל לאורך מרחקים ארוכים
• מדידת תדר AC
• כיצד לחשב התנגדות לחוט