Rezonancia prúdov

Paralelné zapojenie kondenzátora a tlmivky v obvode striedavého prúdu

Zvážte javy v reťazci striedavý prúdobsahujúci generátor, kondenzátor a induktor zapojené paralelne. Predpokladajme, že obvod nemá aktívny odpor.

Je zrejmé, že v takomto obvode sa napätie cievky aj kondenzátora kedykoľvek rovná napätiu vyvinutému generátorom.

Celkový prúd v obvode pozostáva z prúdov v jeho vetvách. Prúd v indukčnej vetve zaostáva za napätím vo fáze o štvrtinu periódy a prúd v kapacitnej vetve ho vedie o rovnakú štvrtinu periódy. Preto sa prúdy vo vetvách v ktoromkoľvek časovom okamihu ukážu ako fázovo posunuté voči sebe o polovicu periódy, to znamená, že sú v protifáze. Prúdy vo vetvách sú teda kedykoľvek nasmerované k sebe a celkový prúd v nerozvetvenej časti obvodu sa rovná ich rozdielu.

To nám dáva právo napísať rovnosť I = IL -integrálny obvod

kde ja- efektívna hodnota celkového prúdu v obvode, I L a integrovaný obvod — efektívne hodnoty prúdov vo vetvách.

Pomocou Ohmovho zákona na určenie efektívnych hodnôt prúdu vo vetvách dostaneme:

II = U/XL a Az°C = U/XC

Ak v obvode dominuje indukčný odpor, tzn. XL Viac ▼ XC, prúd v cievke je menší ako prúd v kondenzátore; preto je prúd v nerozvetvenej časti obvodu kapacitnej povahy a obvod ako celok pre generátor bude kapacitný. Naopak, pri XC väčšom ako XL je prúd v kondenzátore menší ako prúd v cievke; preto je prúd v nerozvetvenej časti obvodu indukčný a obvod ako celok pre generátor bude indukčný.

Netreba zabúdať, že v oboch prípadoch je záťaž reaktívna, t.j. obvod nespotrebováva energiu generátora.

Rezonancia prúdov

Uvažujme teraz o prípade, keď sa kondenzátor a cievka zapojené paralelne ukázali byť vo svojej reaktancii rovnaké, t.j. XII = X °C.

Ak ako predtým predpokladáme, že cievka a kondenzátor nemajú žiadny aktívny odpor, potom ak sú ich reakcie rovnaké (YL = Y° C), celkový prúd v nerozvetvenej časti obvodu bude nulový, zatiaľ čo vo vetvách bude rovnaký prúdy budú tiecť s najväčšou intenzitou. V tomto prípade sa v obvode vyskytuje jav rezonančných prúdov.

Pri prúdovej rezonancii sa budú efektívne hodnoty prúdov v každej vetve, určené pomermi IL = U / XL a Аz° С = U / XC, navzájom rovnať, takže XL = XC.

Záver, ku ktorému sme dospeli, sa môže na prvý pohľad zdať dosť zvláštny. V skutočnosti je generátor zaťažený dvoma odpormi a v nerozvetvenej časti obvodu nie je prúd, pričom v samotných odporoch tečú rovnaké a navyše najväčšie prúdy.

Vysvetľuje sa to správaním magnetického poľa cievky a elektrické pole kondenzátora... Pri rezonancii prúdov, ako v napäťová rezonancia, dochádza k kolísaniu energie medzi poľom cievky a poľom kondenzátora. Generátor sa po prenose energie do obvodu javí ako izolovaný. Dá sa úplne vypnúť a prúd v rozvetvenej časti obvodu bude udržovaný bez generátora energiou, ktorú si obvod spočiatku ukladá. Tiež napätie na svorkách obvodu zostane presne rovnaké ako napätie vyvinuté generátorom.

Keď sú teda tlmivka a kondenzátor zapojené paralelne, získali sme obvod oscilátora, ktorý sa líši od vyššie opísaného iba tým, že generátor, ktorý vytvára oscilácie, nie je pripojený priamo k obvodu a obvod je uzavretý. Grafy prúdov, napätia a výkonu v obvode pri rezonancii prúdov: a — aktívny odpor je rovný nule, obvod nespotrebováva energiu; b — obvod má aktívny odpor, v nerozvetvenej časti obvodu sa objavil prúd, obvod spotrebúva energiu

L, C a e, pri ktorých dochádza k rezonancii prúdu, sú určené rovnako ako pri napäťovej rezonancii (ak zanedbáme aktívny odpor obvodu) rovnosťou:

ωL = 1 / ω°C

Preto:

eres = 1/2π√LC

Lres = 1 / co2C

Kus = 1 / ω2L

Zmenou ktorejkoľvek z týchto troch veličín možno dosiahnuť rovnosť Xl = X° C, t.j. premeniť obvod na oscilačný obvod.

Máme teda uzavretý oscilačný obvod, v ktorom môžeme vyvolať elektrické oscilácie, t.j. striedavý prúd. A keby nebolo aktívneho odporu, ktorý má každý oscilačný obvod, mohol by v ňom nepretržite existovať striedavý prúd.Prítomnosť aktívneho odporu vedie k tomu, že oscilácie v obvode postupne ustupujú a na ich udržanie je potrebný zdroj energie - alternátor.

V nesínusových prúdových obvodoch sú možné rezonančné režimy pre rôzne harmonické zložky.

Rezonančné prúdy sú v praxi široko používané. Fenomén prúdovej rezonancie sa využíva v pásmových filtroch ako elektrická „svorka“, ktorá oneskoruje určitú frekvenciu. Pretože pri frekvencii f je značný prúdový odpor, pokles napätia v obvode pri frekvencii f bude maximálny. Táto vlastnosť slučky sa nazýva selektivita, používa sa v rádiových prijímačoch na izoláciu signálu konkrétnej rozhlasovej stanice. Oscilačný obvod pracujúci v rezonančnom režime prúdov je jednou z hlavných zložiek elektronické generátory.