Примена напонске и струјне резонанце

У осцилаторном колу индуктивности Л, капацитивности Ц и отпора Р, слободне електричне осцилације теже да пригуше. Да би се спречило пригушивање осцилација, потребно је периодично допуњавати коло енергијом, тада ће доћи до принудних осцилација, које неће ослабити, пошто ће спољашња променљива ЕМФ већ подржавати осцилације у колу.

Ако су осцилације подржане извором спољашње хармонијске ЕМФ, чија је фреквенција ф веома блиска резонантној фреквенцији осцилационог кола Ф, онда ће се амплитуда електричних осцилација У у колу нагло повећати, тј. феномен електричне резонанције.

Капацитет кола наизменичне струје

Хајде да прво размотримо понашање кондензатора Ц у колу наизменичне струје.Ако је кондензатор Ц прикључен на генератор, чији се напон У на прикључцима мења по хармонијском закону, тада ће наелектрисање на плочама кондензатора почети да се мења по хармонијском закону, слично струји И у колу. . Што је већи капацитет кондензатора и што је већа фреквенција ф хармонијске емф примењене на њега, то је већа струја И.

Ова чињеница је повезана са идејом тзв Капацитет кондензатора КСЦ, који уводи у коло наизменичне струје, ограничавајући струју, сличан је активном отпору Р, али у поређењу са активним отпором, кондензатор не расипа енергију у виду топлоте.

Ако активни отпор распршује енергију и тиме ограничава струју, онда кондензатор ограничава струју једноставно зато што нема времена да ускладишти више наелектрисања него што генератор може дати за четвртину периода, штавише, у следећој четвртини периода, кондензатор ослобађа енергију акумулирану у електричном пољу свог диелектрика, назад у генератор, односно, иако је струја ограничена, енергија се не расипа (запоставићемо губитке у жицама и у диелектрику).

АЦ индуктивност

Сада размотрите понашање индуктивности Л у колу наизменичне струје.Ако је уместо кондензатора на генератор повезан калем индуктивности Л, онда када се синусоидни (хармонични) ЕМФ доведе од генератора до терминала завојнице, почиње да се појављује ЕМФ самоиндукције, јер када се струја кроз индуктивност промени, све веће магнетно поље завојнице тежи да спречи повећање струје (Ленцов закон), то јест, чини се да завојница уводи индуктивни отпор КСЛ у АЦ коло — поред жице отпор Р.

Што је већа индуктивност датог намотаја и што је већа фреквенција Ф струје генератора, то је већи индуктивни отпор КСЛ и мања струја И јер струја једноставно нема времена да се слегне јер ЕМФ самоиндуктивности калем га омета. И сваке четвртине периода, енергија ускладиштена у магнетном пољу завојнице се враћа у генератор (за сада ћемо занемарити губитке у жицама).

Импеданса, узимајући у обзир Р

У било ком реалном осцилујућем колу, индуктивност Л, капацитивност Ц и активни отпор Р су повезани серијски.

Индуктивност и капацитивност делују на струју супротно у свакој четвртини периода хармонијске ЕМФ извора: на плочама кондензатора напон се повећава током пуњења, иако се струја смањује, а како струја расте кроз индуктивност, струја, иако доживљава индуктивни отпор, расте и одржава се.

И током пражњења: струја пражњења кондензатора је у почетку велика, напон на његовим плочама тежи да успостави велику струју, а индуктивност спречава повећање струје, а што је већа индуктивност, то ће бити нижа струја пражњења. У овом случају, активни отпор Р уноси чисто активне губитке. То јест, импеданса З Л, Ц и Р повезаних у серију, на изворној фреквенцији ф, биће једнака:

Омов закон за наизменичну струју

Из Омовог закона за наизменичну струју, очигледно је да је амплитуда принудних осцилација пропорционална амплитуди ЕМФ и зависи од фреквенције. Укупан отпор кола ће бити најмањи, а амплитуда струје највећа, под условом да су индуктивни отпор и капацитивност на датој фреквенцији међусобно једнаки, у ком случају ће доћи до резонанције. Формула за резонантну фреквенцију осцилационог кола је такође изведена одавде:

Резонанција напона

Када су извор ЕМФ, капацитивност, индуктивност и отпор међусобно повезани у серију, тада се резонанција у таквом колу назива серијска резонанција или резонанција напона. Карактеристична карактеристика напонске резонанце су значајни напони на капацитивности и на индуктивности у поређењу са ЕМФ извора.

Разлог за појаву такве слике је очигледан. На активном отпору, по Омовом закону, постојаће напон Ур, на капацитивности Уц, на индуктивности Ул, а након што направимо однос Уц према Ур, можемо наћи вредност фактора квалитета К.Напон на капацитивности ће бити К пута ЕМФ извора, исти напон ће бити примењен на индуктивност.

То јест, резонанција напона доводи до повећања напона на реактивним елементима за фактор К, а резонантна струја ће бити ограничена ЕМФ извора, његовим унутрашњим отпором и активним отпором кола Р. , отпор серијског кола на резонантној фреквенцији је минималан.

Примените напонску резонанцу

Феномен напонске резонанце се користи у електрични филтери разних врста, на пример, ако је потребно уклонити струјну компоненту одређене фреквенције из емитованог сигнала, онда се коло од кондензатора и индуктора спојених у серију поставља паралелно са пријемником, тако да струја резонантне фреквенције овог ЛЦ коло би се затворило кроз њега и неће доћи до пријемника.

Тада ће струје фреквенције далеко од резонантне фреквенције ЛЦ-кола несметано пролазити у оптерећење, а само струје блиске резонанцији по фреквенцији ће пронаћи најкраћи пут кроз ЛЦ-коло.

Или обрнуто. Ако је потребно проћи само струју одређене фреквенције, онда је ЛЦ-коло повезано серијски са пријемником, тада ће компоненте сигнала на резонантној фреквенцији кола прећи на оптерећење готово без губитка, а фреквенције далеко од резонанције ће бити значајно ослабљене и можемо рећи да уопште неће достићи оптерећење. Овај принцип је применљив на радио пријемнике где је подесиво осцилационо коло подешено да прима стриктно дефинисану фреквенцију жељене радио станице.

Генерално, резонанција напона у електротехници је непожељна појава јер изазива пренапон и оштећење опреме.

Једноставан пример је дуга кабловска линија, за коју се из неког разлога испоставило да није повезана са оптерећењем, али се истовремено напаја средњим трансформатором. Таква линија са дистрибуираним капацитетом и индуктивношћу, ако се њена резонантна фреквенција поклапа са фреквенцијом мреже за напајање, једноставно ће бити прекинута и пропасти. Да би се спречило оштећење кабла од случајног резонантног напона, примењује се додатно оптерећење.

Али понекад напонска резонанца игра на наше руке, не само радија. На пример, дешава се да је у руралним срединама напон у мрежи непредвидиво пао и машини је потребан напон од најмање 220 волти. У овом случају, феномен резонанције напона штеди.

Довољно је укључити неколико кондензатора по фази у серији са машином (ако је погон у њој асинхрони мотор), а самим тим ће напон на намотајима статора порасти.

Овде је важно одабрати прави број кондензатора тако да они тачно компензују пад напона у мрежи својим капацитивним отпором заједно са индуктивним отпором намотаја, односно, благим приближавањем кола резонанцији, можете повећати пад напона чак и под оптерећењем.

Резонанција струја

Када су извор ЕМФ, капацитивност, индуктивност и отпор повезани међусобно паралелно, тада се резонанција у таквом колу назива паралелна резонанца или струјна резонанца.Карактеристична карактеристика струјне резонанце су значајне струје кроз капацитивност и индуктивност у поређењу са струјом извора.

Разлог за појаву такве слике је очигледан. Струја кроз активни отпор према Охмовом закону биће једнака У/Р, преко капацитивности У/КСЦ, кроз индуктивност У/КСЛ и састављањем односа ИЛ према И, можете пронаћи вредност фактора квалитета. П. Струја кроз индуктивност ће бити К пута струја извора, иста струја ће тећи сваке половине периода у кондензатор и из њега.

То јест, резонанција струја доводи до повећања струје кроз реактивне елементе за фактор К, а резонантна ЕМФ ће бити ограничена емф извора, његовим унутрашњим отпором и активним отпором кола Р Дакле, на резонантној фреквенцији, отпор паралелног осцилационог кола је максималан.

Примена резонантних струја

Као напонска резонанца, струјна резонанца се користи у разним филтерима. Али повезано са колом, паралелно коло делује на супротан начин него у случају серијског: инсталиран паралелно са оптерећењем, паралелно осцилационо коло ће омогућити да струја резонантне фреквенције кола прође у оптерећење , јер је отпор самог кола на сопственој резонантној фреквенцији максималан.

Инсталиран у серији са оптерећењем, паралелно осцилационо коло неће преносити сигнал резонантне фреквенције, јер ће сав напон пасти на коло, а оптерећење ће имати мали део сигнала резонантне фреквенције.

Дакле, главна примена струјне резонанце у радиотехници је стварање великог отпора за струју одређене фреквенције у цевним генераторима и високофреквентним појачивачима.

У електротехници се струјна резонанца користи за постизање високог фактора снаге оптерећења са значајним индуктивним и капацитивним компонентама.

На пример, јединице за компензацију реактивне снаге (КРМ) су кондензатори повезани паралелно са намотајима асинхроних мотора и трансформатора који раде под оптерећењем испод номиналног.

Оваквим решењима се прибегава управо да би се постигла резонанца струја (паралелна резонанца), када је индуктивни отпор опреме једнак капацитету прикључених кондензатора на фреквенцији мреже, тако да реактивна енергија циркулише између кондензатора. и опреме, а не између опреме и мреже; тако да мрежа емитује снагу само када је опрема напуњена и троши активну снагу.

Када опрема не ради, испоставља се да је мрежа повезана паралелно са резонантним колом (спољни кондензатори и индуктивност опреме), што представља веома велику комплексну импедансу за мрежу и омогућава смањење фактор снаге.