Toepassing van spanningsresonantie en stroomresonantie

In een oscillerend circuit met zelfinductie L, capaciteit C en weerstand R hebben vrije elektrische oscillaties de neiging om uit te dempen. Om te voorkomen dat oscillaties worden gedempt, is het noodzakelijk om het circuit periodiek met energie aan te vullen, waarna geforceerde oscillaties zullen optreden, die niet zullen verzwakken, aangezien de externe variabele EMF de oscillaties in het circuit al zal ondersteunen.

Als de oscillaties worden ondersteund door een bron van externe harmonische EMF, waarvan de frequentie f zeer dicht bij de resonantiefrequentie van het oscillerende circuit F ligt, dan zal de amplitude van elektrische oscillaties U in het circuit sterk toenemen, d.w.z. fenomeen van elektrische resonantie.

Capaciteit wisselstroomcircuit

Laten we eerst eens kijken naar het gedrag van de condensator C in het wisselstroomcircuit.Als een condensator C is aangesloten op de generator, waarvan de spanning U aan de klemmen verandert volgens de harmonische wet, dan zal de lading op de condensatorplaten beginnen te veranderen volgens de harmonische wet, vergelijkbaar met de stroom I in het circuit . Hoe groter de capaciteit van de condensator en hoe hoger de frequentie f van de harmonische emf die erop wordt toegepast, hoe groter de stroom I.

Dit feit houdt verband met het idee van de zogenaamde Capaciteit van de condensator XC, die hij in het wisselstroomcircuit introduceert, waardoor de stroom wordt beperkt, vergelijkbaar met de actieve weerstand R, maar in vergelijking met de actieve weerstand dissipeert de condensator geen energie in de vorm van warmte.

Als de actieve weerstand de energie dissipeert en dus de stroom beperkt, dan beperkt de condensator de stroom simpelweg omdat hij geen tijd heeft om meer lading op te slaan dan de generator kan leveren in een kwart periode, bovendien, in het volgende kwart van een periode, de condensator geeft energie vrij die is verzameld in het elektrische veld van zijn diëlektricum, terug naar de generator, dat wil zeggen, hoewel de stroom beperkt is, wordt de energie niet gedissipeerd (we zullen de verliezen in de draden en in het diëlektricum verwaarlozen).

AC-inductantie

Beschouw nu het gedrag van een inductantie L in een wisselstroomcircuit.Als, in plaats van een condensator, een spoel van inductantie L is verbonden met de generator, dan zal wanneer een sinusvormige (harmonische) EMF wordt geleverd door de generator aan de klemmen van de spoel, het een EMF van zelfinductie beginnen te lijken, omdat wanneer de stroom door de inductantie verandert, het toenemende magnetische veld van de spoel de neiging heeft om te voorkomen dat de stroom toeneemt (wet van Lenz), dat wil zeggen, de spoel lijkt een inductieve weerstand XL in het wisselstroomcircuit te introduceren - naast de draad weerstand R.

Hoe groter de inductantie van een bepaalde spoel en hoe hoger de frequentie F van de generatorstroom, hoe hoger de inductieve weerstand XL en hoe kleiner de stroom I omdat de stroom eenvoudigweg geen tijd heeft om tot rust te komen omdat de EMF van de zelfinductie van de spoel belemmert het. En elk kwart van de periode wordt de energie die is opgeslagen in het magnetische veld van de spoel teruggevoerd naar de generator (we laten de verliezen in de draden voorlopig buiten beschouwing).

Impedantie, rekening houdend met R

In elk echt oscillerend circuit zijn de inductantie L, de capaciteit C en de actieve weerstand R in serie geschakeld.

Inductantie en capaciteit werken op de stroom op de tegenovergestelde manier in elk kwart van de periode van de harmonische EMF van de bron: op de platen van de condensator de spanning stijgt tijdens het opladen, hoewel de stroom afneemt, en naarmate de stroom toeneemt door de inductantie, neemt de stroom, hoewel deze inductieve weerstand ervaart, toe en wordt gehandhaafd.

En tijdens het ontladen: de ontlaadstroom van de condensator is aanvankelijk groot, de spanning op de platen heeft de neiging een grote stroom tot stand te brengen en de inductantie voorkomt dat de stroom toeneemt, en hoe groter de inductantie, hoe lager de ontlaadstroom. In dit geval introduceert de actieve weerstand R puur actieve verliezen.Dat wil zeggen, de impedantie Z van L, C en R in serie geschakeld, bij bronfrequentie f, zal gelijk zijn aan:

De wet van Ohm voor wisselstroom

Uit de wet van Ohm voor wisselstroom blijkt duidelijk dat de amplitude van geforceerde oscillaties evenredig is met de amplitude van de EMF en afhangt van de frequentie. De totale weerstand van de schakeling zal het kleinst zijn en de amplitude van de stroom het grootst, vooropgesteld dat de inductieve weerstand en de capaciteit bij een bepaalde frequentie aan elkaar gelijk zijn, in welk geval resonantie zal optreden. Hieruit wordt ook een formule voor de resonantiefrequentie van de oscillatiekring afgeleid:

Spanningsresonantie

Wanneer de EMF-bron, capaciteit, inductantie en weerstand in serie met elkaar zijn geschakeld, wordt resonantie in zo'n schakeling serieresonantie of spanningsresonantie genoemd. Een kenmerkend kenmerk van spanningsresonantie zijn de significante spanningen op de capaciteit en op de inductantie in vergelijking met de EMF van de bron.

De reden voor het verschijnen van zo'n foto ligt voor de hand. Op de actieve weerstand zal er volgens de wet van Ohm een ​​spanning Ur zijn, op de capaciteit Uc, op de inductantie Ul, en na het maken van de verhouding van Uc tot Ur, kunnen we de waarde van de kwaliteitsfactor Q vinden.De spanning over de capaciteit is Q keer de bron-EMF, dezelfde spanning wordt toegepast op de inductantie.

Dat wil zeggen, de spanningsresonantie leidt tot een toename van de spanning op de reactieve elementen met een factor Q, en de resonantiestroom zal worden beperkt door de EMF van de bron, de interne weerstand en de actieve weerstand van het circuit R. Aldus , is de weerstand van de serieschakeling bij de resonantiefrequentie minimaal.

Pas spanningsresonantie toe

Het fenomeen spanningsresonantie wordt gebruikt in elektrische filters van verschillende typenals het bijvoorbeeld nodig is om een ​​stroomcomponent van een bepaalde frequentie uit het uitgezonden signaal te verwijderen, dan wordt een schakeling van een in serie geschakelde condensator en een inductor parallel aan de ontvanger geplaatst, zodat de resonantiefrequentiestroom van deze Het LC-circuit zou daardoor worden gesloten en ze zullen de ontvanger niet bereiken.

Dan gaan stromen met een frequentie ver van de resonantiefrequentie van de LC-kring ongehinderd de belasting in, en alleen stromen dichtbij de resonantiefrequentie vinden de kortste weg door de LC-kring.

Of vice versa. Als het nodig is om alleen een stroom van een bepaalde frequentie door te laten, dan is het LC-circuit in serie geschakeld met de ontvanger, dan zullen de signaalcomponenten bij de resonantiefrequentie van het circuit vrijwel zonder verlies naar de belasting gaan en de frequenties verre van de resonantie zal aanzienlijk worden verzwakt en we kunnen zeggen dat ze de belasting helemaal niet zullen bereiken. Dit principe is van toepassing op radio-ontvangers waar een afstembare oscillerende schakeling is afgestemd om een ​​strikt gedefinieerde frequentie van het gewenste radiostation te ontvangen.

Over het algemeen is spanningsresonantie in de elektrotechniek een ongewenst verschijnsel omdat het overspanning en schade aan apparatuur veroorzaakt.

Een eenvoudig voorbeeld is een lange kabellijn, die om de een of andere reden niet op de belasting bleek te zijn aangesloten, maar tegelijkertijd wordt gevoed door een tussenliggende transformator. Zo'n lijn met verdeelde capaciteit en inductantie zal, als zijn resonantiefrequentie samenvalt met de frequentie van het voedingsnetwerk, eenvoudig worden afgesneden en falen. Om kabelbeschadiging door onbedoelde resonantiespanning te voorkomen, wordt een extra belasting toegepast.

Maar soms speelt spanningsresonantie ons in de kaart, niet alleen radio's. Zo komt het voor dat in landelijke gebieden de spanning in het netwerk onvoorspelbaar is gedaald en de machine een spanning nodig heeft van minimaal 220 volt. In dit geval bespaart het fenomeen spanningsresonantie.

Het is voldoende om meerdere condensatoren per fase in serie met de machine op te nemen (als de aandrijving erin een asynchrone motor is), en dus zal de spanning op de statorwikkelingen stijgen.

Hier is het belangrijk om het juiste aantal condensatoren te kiezen, zodat ze precies de spanningsval in het netwerk compenseren met hun capacitieve weerstand samen met de inductieve weerstand van de wikkelingen, dat wil zeggen, door het circuit enigszins te naderen tot resonantie, kunt u verhogen de spanningsval zelfs onder belasting.

Resonantie van stromingen

Wanneer de EMF-bron, capaciteit, inductantie en weerstand parallel met elkaar zijn geschakeld, wordt resonantie in zo'n schakeling parallelle resonantie of stroomresonantie genoemd.Een kenmerkend kenmerk van stroomresonantie zijn de significante stromen door de capaciteit en inductantie in vergelijking met de bronstroom.

De reden voor het verschijnen van zo'n foto ligt voor de hand. De stroom door de actieve weerstand volgens de wet van Ohm zal gelijk zijn aan U / R, door de capaciteit U / XC, door de inductantie U / XL en door de verhouding van IL tot I samen te stellen, kunt u de waarde van de kwaliteitsfactor vinden Q. De stroom door de inductantie zal Q keer de bronstroom zijn, dezelfde stroom zal elke halve periode in en uit de condensator vloeien.

Dat wil zeggen, de resonantie van de stromen leidt tot een toename van de stroom door de reactieve elementen met een factor Q, en de resonante EMF zal worden beperkt door de emf van de bron, de interne weerstand en de actieve weerstand van het circuit R Dus bij de resonantiefrequentie is de weerstand van het parallelle oscillerende circuit maximaal.

Toepassing van resonantiestromen

Net als spanningsresonantie wordt stroomresonantie in verschillende filters gebruikt. Maar aangesloten op het circuit, werkt het parallelle circuit op de tegenovergestelde manier dan in het geval van de serie één: parallel aan de belasting geïnstalleerd, zal het parallelle oscillerende circuit de stroom van de resonantiefrequentie van het circuit in de belasting laten gaan , omdat de weerstand van het circuit zelf bij zijn eigen resonantiefrequentie maximaal is.

Geïnstalleerd in serie met de belasting, zal het parallelle oscillerende circuit het resonantiefrequentiesignaal niet verzenden, omdat alle spanning op het circuit zal vallen en de belasting een klein deel van het resonantiefrequentiesignaal zal hebben.

De belangrijkste toepassing van stroomresonantie in radiotechniek is dus het creëren van een grote weerstand voor een stroom van een bepaalde frequentie in buizengeneratoren en hoogfrequente versterkers.

In de elektrotechniek wordt stroomresonantie gebruikt om een ​​hoge arbeidsfactor van belastingen te bereiken met aanzienlijke inductieve en capacitieve componenten.

Bijvoorbeeld, eenheden voor blindvermogencompensatie (KRM) zijn condensatoren die parallel zijn geschakeld met de wikkelingen van asynchrone motoren en transformatoren die werken onder belasting onder de nominale waarde.

Dergelijke oplossingen worden juist gebruikt om resonantie van stromen (parallelle resonantie) te bereiken, wanneer de inductieve weerstand van de apparatuur gelijk is aan de capaciteit van de aangesloten condensatoren bij de frequentie van het netwerk, zodat de reactieve energie tussen de condensatoren circuleert en apparatuur, en niet tussen de apparatuur en het netwerk; het net zendt dus alleen stroom uit als de apparatuur is opgeladen en verbruikt actief vermogen.

Wanneer de apparatuur niet werkt, blijkt het netwerk parallel te zijn verbonden met de resonantiekring (externe condensatoren en de inductantie van de apparatuur), wat een zeer grote complexe impedantie voor het netwerk vertegenwoordigt en het mogelijk maakt om krachtfactor.