Pingeresonants: põhjused, kasutusalad ja võimalikud kahjustused, vahelduvvooluahel

Pingete resonants tekib elektriahelas, mis sisaldab mitut elementi: toiteallikat, induktiivpooli ja kondensaatorit. Loetletud elemendid on ühendatud järjestikku. Sel juhul on pingeallika sagedus, mis langeb kokku sisemise ahelaga. Seda kasutatakse sageli ribapääsfiltrites.

Jadaühendus

Ahelas järjestikku ühendatud induktiivpool ja kondensaator toimivad generaatoril, millest vooluahel toidetakse, erilisel viisil koos. Samuti need mõjutavad pinge ja voolu faasisuhet:

1. Esimene element nihutab faasi, samal ajal kui pinge hakkab voolust mööduma umbes veerandi perioodi võrra.
2. Teine element toimib erinevalt. See paneb voolu ületama pinget ka neljandiku võrra faasiperioodist.

Induktiivne takistus mõjutab faasinihet, mistõttu võib seda pidada mahtuvusliku takistuse vastandiks. Selle tulemusena sõltub lõplik faasinihe pinge ja voolu vahel ahelas induktiivsete ja mahtuvuslike takistuste kogumõjust ning nendevahelisest suhtest. Sellest oleneb ka keti iseloom.

Kui samanimeline väärtus ületab vastupidist, siis võib süsteemi pidada mahtuvuslikuks, kuna vool on faasiliselt parem. Erinevas olukorras peetakse ahela olemust induktiivseks, kuna pinge domineerib.

Kogu reaktsioonivõimet on lihtne määrata. On vaja lisada kaks takistusnäitajat:

1. Induktiivne poolilt.
2. Mahtuvuslik kondensaatorist.

Tänu sellele, et neil on vastupidine mõju, omistatakse ühele neist negatiivne märk (tavaliselt kondensaatori mahtuvus). Siis saab kogu reaktantsi leida järgmiselt: lahutage kondensaator mähise indeksist. Kui kogupinge jagada leitud parameetriga, saadakse Ohmi seaduse järgi voolutugevus. Seda valemit saab pingeks teisendades kergesti muuta. See võrdub voolutugevuse ja kahe takistuse vahe korrutisega (induktiivne võetakse mähist ja mahtuvuslik kondensaatorist).

Kui avate sulgu, kajastab esimene väärtus kogupinge selle osa tegelikku mõõtu, mis püüab takistust ületada. Teine on kogupinge komponent, mis püüab ületada mahtuvuslikku parameetrit. Seega võib kogustressi pidada nende terminite summaks.

Tavaliselt võib takistuse väärtuse tähelepanuta jätta. Kui see on liiga suur, peate sellega ikkagi arvestama.

Selle väärtuse määramiseks peate arvutama kahe osa summa ruutjuure:

1. Kogutakistus ruudus.
2. Induktiivse ja mahtuvusliku takistuse erinevuse ruut, see tähendab kogu reaktiivtakistus.

Üleminek Ohmi seadusele on ilmne. Kui jagate voolu leitud väärtusega, saate pinge.

Vahelduvvooluahel

Kui ühendate mähise kondensaatoriga järjestikku, on faasinihe väiksem kui nende elementide eraldi ühendamisel. See on tingitud asjaolust, et need elemendid toimivad ahelas täiesti erineval viisil, nihutades tasakaalu eri suundades. Nad kompenseerivad faasinihet, keskmistavad selle väärtuse.

Võimalik on ka võrdne tasakaal. Pinge ja voolu vahelise suhte täielik kompenseerimine toimub siis, kui mähise ja kondensaatori takistus on üksteisega võrdne. Sel juhul käitub kett nii, nagu poleks neid elemente sellesse lisatud. Süsteemi tegevust vähendatakse ühendusjuhtmete ja mähise moodustatud netoaktiivtakistusega. Voolutugevus saavutab maksimaalse väärtuse, seda saab arvutada standardse Ohmi seaduse järgi.

Resonantsi kontseptsioon

Kirjeldatud olukorras võrdsustuvad pooli ja kondensaatori efektiivsed pinged ning saavutavad ka maksimaalse väärtuse. Kui selle vooluahela aktiivne takistus on minimaalne, on kohalikud indikaatorid mitu korda suuremad kui kogupinge. Seda nähtust nimetatakse tavaliselt pingeresonantsiks.

Oluline on sellest aru saada kohalikud takistused sõltuvad otseselt vooluindikaatoritest. Kui voolu sagedust vähendatakse, väheneb induktiivne väärtus ja suureneb mahtuvuslik väärtus. Lisaks aktiivsele takistusele tekib võrgus ka reaktiivne takistus, mille tõttu resonants kaob. See juhtub ka siis, kui muudate induktiivsuse või mahtuvuse väärtusi.

Kui ahelas tekib resonants, kulub allika energia eranditult juhtmete soojendamiseks, see tähendab aktiivse takistuse ületamine, kuna mähis kannab ilma pingutuseta voolu kondensaatorisse ja tagasi generaator. Tõepoolest, ühe elemendiga vooluringis kõigub vool, liikudes perioodiliselt allikast magnetvälja. See puudutab mähist. Kondensaatori puhul täheldatakse sarnast olukorda, kaasatud on ainult elektriväli. Kui need kaks elementi kombineerida ja täheldatakse ka resonantsi, liigub energia tsükliliselt mähist kondensaatorisse ja vastupidi. Veelgi enam, seda kulutatakse suuremal määral ainult juhi takistuse tõttu.

Kui resonants on häiritud, ei ühti esimese ja teise elemendi jaoks vajalik energia hulk. Tekib ülejääk, mis kaetakse generaatori jõupingutustega. Seda protsessi võib võrrelda pendelkella liikumisega. Kui hõõrdejõudu ei oleks, võis see võnkuda ilma lisaraskust või mehhanismis vedru kasutamata. Kuid need elemendid kannavad vajaduse korral osa oma energiast pendlile, mille tõttu see ületab hõõrdejõu ja liigub pidevalt. Elektriahela resonantsi korral on võnke säilitamiseks edastatav energia hulk minimaalne.

Vooluahelat peetakse võnkeahelaks, kui on täidetud mitu tingimust. Esiteks peab vool olema muutuv. Teiseks peab süsteem sisaldama generaatorit, kondensaatorit ja induktiivpooli. Kolmandaks peavad elemendid olema järjestikku ühendatud. Neljandaks peavad sisetakistuste näitajad olema võrdsed.

Kuid resonants on võimatu, kui generaatori sagedus, mahtuvus ja ahela induktiivsus ei vasta väärtustele, mis sõltuvad ahela muudest parameetritest. Kõik need arvutatakse spetsiaalsete lihtsate valemite abil.

Kasu ja kahju

Resonantsi kasutatakse sageli eeliseks. Üks silmatorkav igapäevane näide on raadio parandamine. Seadme elekter on häälestatud nii, et tekib resonants. See suurendab mähise pinget ja ületab antenni loodud ahela väärtust. See on vajalik vastuvõtja normaalseks tööks.

Kuid mõnikord on resonantsi mõju tehnikale äärmiselt kahjulik. Pinge suurenemine mõnes piirkonnas võib põhjustada nende kahjustusi. Kuna kohalikud väärtused ei vasta generaatorile, võivad üksikud osad või mõõteriistad kahjustada saada.