Endüktif-kapasitif devrelerde akımların ve voltajların rezonans fenomeni gözlenir. Bu fenomen, radyo elektroniğinde uygulama buldu ve alıcıyı belirli bir dalgaya ayarlamanın ana yolu haline geldi. Ne yazık ki rezonans, elektrikli ekipmanlara ve kablo hatlarına zarar verebilir. Fizikte rezonans, birkaç sistemin frekanslarının çakışmasıdır. Gerilim ve akımların rezonansının ne olduğuna, ne kadar önemli olduğuna ve elektrik mühendisliğinde nerede kullanıldığına bakalım.
İçerik:
- Endüktans ve kapasitans reaktansları
- AC kapasitansı ve endüktansı
- Gerilim rezonansı
- Akımların rezonansı
- Uygulamada uygulama
- Çözüm
Endüktans ve kapasitans reaktansları
Endüktans, vücudun bir manyetik alanda enerji depolama yeteneğini ifade eder. Akım ve voltaj arasında bir faz gecikmesi ile karakterizedir. Tipik endüktif elemanlar, bobinler, bobinler, transformatörler, elektrik motorlarıdır.
Kapasitans, bir elektrik alanı kullanarak enerji depolayan elemanları ifade eder. Kapasitif elemanlar, akımdan gelen voltajın bir faz gecikmesi ile karakterize edilir. Kapasitif elemanlar: kapasitörler, değişkenler.
Ana özellikleri verilmiştir, bu makaledeki nüanslar dikkate alınmamıştır.
Listelenen elemanlara ek olarak, diğerleri, örneğin uzunluğu boyunca dağıtılmış elektrik kablolarında belirli bir endüktans ve kapasitansa sahiptir.
AC kapasitansı ve endüktansı
DC devrelerde ise genel anlamda kapasitans devrenin açık bir bölümüdür ve endüktans bir iletkendir, daha sonra değişken kapasitörlerde ve bobinlerde reaktif bir analogdur direnç.
İndüktörün reaktansı aşağıdaki formülle belirlenir:
Vektör diyagramı:
Kapasitör reaktansı:
Burada w açısal frekanstır, f sinüzoidal akım devresindeki frekanstır, L endüktanstır ve C kapasitanstır.
Vektör diyagramı:
Seri bağlı reaktif elemanlar hesaplanırken aşağıdaki formülün kullanıldığına dikkat edilmelidir:
Lütfen kapasitif bileşenin eksi işaretiyle alındığını unutmayın. Devrede ayrıca aktif bir bileşen (direnç) varsa, Pisagor teoreminin formülüne göre ekleyin (vektör şemasına göre):
Reaktans neye bağlıdır? Reaktif özellikler, alternatif akımın frekansının yanı sıra kapasitans veya endüktansın değerine bağlıdır.
Reaktif bileşen formülüne bakarsanız, kapasitifin belirli değerlerinde olduğunu fark edeceksiniz. veya endüktif bileşen, farkları sıfıra eşit olacak, o zaman devrede sadece aktif direnç kalacaktır. Ancak bunlar, böyle bir durumun tüm özellikleri değildir.
Gerilim rezonansı
Jeneratöre seri olarak bir kondansatör ve bir endüktans bobini bağlanırsa, reaktanslarının eşit olması koşuluyla bir voltaj rezonansı meydana gelir. Bu durumda Z'nin aktif kısmı mümkün olduğunca küçük olmalıdır.
Endüktans ve kapasitansın yalnızca idealleştirilmiş örneklerde yalnızca reaktif niteliklere sahip olduğu belirtilmelidir. Gerçek devrelerde ve elemanlarda, son derece küçük olmasına rağmen, iletkenlerin her zaman aktif direnci vardır.
Rezonansta, indüktör ve kapasitör arasında enerji alışverişi yapılır. İdeal örneklerde, enerji kaynağı (jeneratör) ilk bağlandığında enerji birikir. kapasitörde (veya jiklede) ve kapatıldıktan sonra, bundan dolayı sürekli salınımlar meydana gelir. değiş tokuş.
Endüktans ve kapasitans üzerindeki voltajlar, aşağıdakilere göre yaklaşık olarak aynıdır: Ohm yasası:
U = I / X
Burada X, sırasıyla Xc kapasitif veya XL endüktif reaktansıdır.
Endüktans ve kapasitanstan oluşan devreye salınım devresi denir. Frekansı aşağıdaki formülle hesaplanır:
Salınım periyodu Thompson formülü ile belirlenir:
Reaktans frekansa bağlı olduğundan, artan frekansla endüktans direnci artarken kapasitans azalır. Dirençler eşit olduğunda, toplam direnç önemli ölçüde azalır, bu da grafiğe yansır:
Devrenin temel özellikleri kalite faktörü (Q) ve frekanstır. Devreyi dört bağlantı noktalı bir ağ olarak düşünürsek, basit hesaplamalardan sonra iletim katsayısı bir kalite faktörüne indirgenir:
K = S
Ve devrenin uçlarındaki voltaj, devrenin iletim katsayısı (kalite faktörü) ile orantılı olarak artar.
Uk = Uin * Q
Gerilim rezonansı ile Q faktörü ne kadar yüksek olursa, devre elemanlarındaki gerilim o kadar fazla bağlı jeneratörün gerilimini aşacaktır. Voltaj onlarca ve yüzlerce kez artabilir. Bu, grafikte gösterilmiştir:
Devredeki güç kaybı, yalnızca aktif direncin varlığından kaynaklanmaktadır. Güç kaynağından gelen enerji yalnızca salınımı sürdürmek için alınır.
Güç faktörü şuna eşit olacaktır:
cosФ = 1
Bu formül, kayıpların aktif güçten kaynaklandığını gösterir:
S = P / Cosph
Akımların rezonansı
Endüktans ve kapasitansın paralel bağlandığı devrelerde rezonans akımları gözlenir.
Olay, devrenin dallanmamış kısmında sıfır akımda kapasitör ve bobin arasındaki büyük akımların akışından oluşur. Bunun nedeni, rezonans frekansına ulaşıldığında toplam direnç Z'nin artmasıdır. Veya basit bir ifadeyle, kulağa şöyle geliyor - rezonans noktasında maksimum toplam direnç değerine Z ulaşılıyor, bundan sonra dirençlerden biri artar, diğeri artar veya azalır Sıklık. Bu, grafikte açıkça gösterilmektedir:
Genel olarak, her şey önceki fenomene benzer, akımların rezonansının ortaya çıkma koşulları aşağıdaki gibidir:
- Besleme frekansı, devrenin rezonans frekansı ile aynıdır.
- İndüktörün iletkenliği ve AC kapasitansı BL = Bc, B = 1 / X'dir.
Uygulamada uygulama
Akım ve gerilimlerin rezonansının yararlarını ve zararlarını düşünün. Rezonans fenomeni en çok radyo verici ekipmanlarda faydalı olmuştur. Basit bir deyişle, alıcı devresine antene bağlı bir bobin ve bir kapasitör monte edilmiştir. Endüktansı (örneğin, çekirdeği hareket ettirmek) veya kapasitans değerini (örneğin, hava değişkenli bir kapasitör ile) değiştirerek, rezonans frekansını ayarlarsınız. Sonuç olarak, bobin üzerindeki voltaj yükselir ve alıcı belirli bir radyo dalgasını yakalar.
Bu fenomenler elektrik mühendisliğinde, örneğin kablo hatlarında zararlı olabilir. Kablo, uzun bir hat uygulanırsa uzunluk boyunca dağıtılan endüktansı ve kapasitansı temsil eder. yüksüz voltaj (güç kaynağından gelen kablonun karşı ucundayken, yük bağlı). Bu nedenle yalıtımın bozulması tehlikesi vardır, bunu önlemek için bir yük balast bağlanır. Ayrıca, benzer bir durum elektronik bileşenlerin, ölçüm cihazlarının ve diğer elektrikli ekipmanların arızalanmasına neden olabilir - bunlar, bu fenomenin tehlikeli sonuçlarıdır.
Çözüm
Gerilimlerin ve akımların rezonansı, bilinmesi gereken ilginç bir olgudur. Sadece endüktif-kapasitif devrelerde gözlenir. Büyük aktif dirençlere sahip devrelerde oluşamaz. Bu konudaki ana soruları kısaca cevaplayarak özetleyelim:
- Rezonans olayı nerede ve hangi devrelerde gözlenir?
Endüktif-kapasitif devrelerde.
- Akımların ve voltajların rezonansının ortaya çıkması için koşullar nelerdir?
Reaktansların eşitliği koşulu altında gerçekleşir. Devre minimum aktif dirence sahip olmalı ve güç kaynağının frekansı devrenin rezonans frekansıyla eşleşmelidir.
- Rezonans frekansını nasıl bulabilirim?
Her iki durumda da formüle göre: w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Fenomen nasıl ortadan kaldırılır?
Devredeki direnci artırarak veya frekansı değiştirerek.
Artık akımların ve voltajların rezonansının ne olduğunu, ortaya çıkma koşullarının ve pratikte uygulama seçeneklerinin ne olduğunu biliyorsunuz. Malzemeyi birleştirmek için konuyla ilgili faydalı bir video izlemenizi öneririz:
İlgili malzemeler:
- Uzun mesafelerde güç kaybının nedenleri
- AC frekans ölçümü
- Tel direnci nasıl hesaplanır
