Resonanca tokov

Vzporedna vezava kondenzatorja in induktorja v krogu izmeničnega toka

Razmislite o pojavih v verigi izmenični tokvsebuje generator, kondenzator in induktor, povezane vzporedno. Predpostavimo, da vezje nima aktivnega upora.

Očitno je v takem vezju napetost tako tuljave kot kondenzatorja kadar koli enaka napetosti, ki jo razvije generator.

Skupni tok v tokokrogu je sestavljen iz tokov v njegovih vejah. Tok v induktivni veji zaostaja za napetostjo v fazi za četrtino periode, tok v kapacitivni veji pa jo vodi za isto četrtino periode. Zato se tokovi v vejah v katerem koli trenutku izkažejo za fazno zamaknjene drug glede na drugega za polovico obdobja, to je, da so v protifazi. Tako so tokovi v vejah kadar koli usmerjeni drug proti drugemu, skupni tok v nerazvejanem delu vezja pa je enak njihovi razliki.

To nam daje pravico, da zapišemo enakost I = IL -integralno vezje

kjer sem- efektivna vrednost skupnega toka v vezju, I L in integrirano vezje - efektivne vrednosti tokov v vejah.

Z uporabo Ohmovega zakona za določitev efektivnih vrednosti toka v vejah dobimo:

Il = U / XL in Az° C = U / XC

Če v vezju prevladuje induktivni upor, tj. XL Več ▼ XC, tok v tuljavi je manjši od toka v kondenzatorju; zato je tok v nerazvejanem delu tokokroga kapacitiven po naravi in ​​celotno vezje za generator bo kapacitivno. Nasprotno, če je XC večji od XL, je tok v kondenzatorju manjši od toka v tuljavi; zato je tok v nerazvejanem odseku vezja induktiven in celotno vezje za generator bo induktivno.

Ne smemo pozabiti, da je v obeh primerih obremenitev reaktivna, tj. tokokrog ne porablja moči generatorja.

Resonanca tokov

Razmislimo zdaj o primeru, ko sta se kondenzator in tuljava, povezana vzporedno, izkazala za enako reaktanco, tj. XlL = X°C.

Če, kot prej, predpostavimo, da tuljava in kondenzator nimata aktivnega upora, potem če sta njuni reakciji enaki (YL = Y° C), bo skupni tok v nerazvejanem delu tokokroga enak nič, v vejah pa enak tokovi bodo tekli z največjo magnitudo. V tem primeru pride do pojava resonančnih tokov v vezju.

Pri trenutni resonanci bodo efektivne vrednosti tokov v vsaki veji, določene z razmerji IL = U / XL in Аz° С = U / XC, enake drug drugemu, tako da je XL = XC.

Sklep, do katerega smo prišli, se morda na prvi pogled zdi precej čuden. Dejansko je generator obremenjen z dvema uporoma in v nerazvejanem delu tokokroga ni toka, v samih uporih pa tečejo enaki in poleg tega največji tokovi.

To je razloženo z obnašanjem magnetnega polja tuljave in električno polje kondenzatorja… Pri resonanci tokov, kot pri napetostna resonanca, pride do nihanja energije med poljem tuljave in poljem kondenzatorja. Zdi se, da je generator po prenosu energije v vezje izoliran. Lahko se popolnoma izklopi in tok v razvejanem delu tokokroga se bo vzdrževal brez generatorja z energijo, ki jo tokokrog na začetku shrani. Prav tako bo napetost na sponkah vezja ostala popolnoma enaka tisti, ki jo razvije generator.

Tako smo pri vzporedni povezavi induktorja in kondenzatorja dobili oscilatorsko vezje, ki se od zgoraj opisanega razlikuje le po tem, da generator, ki ustvarja nihanje, ni priključen neposredno na vezje in je vezje sklenjeno. Grafi tokov, napetosti in moči v vezju pri resonanci tokov: a - aktivni upor je enak nič, vezje ne porablja energije; b — tokokrog ima aktivni upor, v nerazvejanem delu tokokroga se je pojavil tok, tokokrog porablja energijo

L, C in e, pri katerih nastopi tokovna resonanca, so tako kot pri napetostni resonanci (če zanemarimo aktivni upor vezja) določeni z enačbo:

ωL = 1 / ω° C

Zato:

eres = 1 / 2π√LC

Lres = 1 / ω2C

Kos = 1 / ω2L

S spreminjanjem katere koli od teh treh količin lahko dosežemo enakost Xl = X° C, to pomeni, da vezje spremenimo v nihajni krog.

Imamo torej zaprt nihajni krog, v katerem lahko induciramo električna nihanja, tj. izmenični tok. In če ne bi bilo aktivnega upora, ki ga ima vsak nihajni krog, bi lahko v njem stalno obstajal izmenični tok.Prisotnost aktivnega upora vodi do dejstva, da nihanja v tokokrogu postopoma zamrejo, za njihovo vzdrževanje pa je potreben vir energije - alternator.

V tokokrogih nesinusnega toka so možni resonančni načini za različne harmonične komponente.

Resonančni tokovi se v praksi pogosto uporabljajo. Pojav tokovne resonance se uporablja v pasovnih filtrih kot električna "objemka", ki zakasni določeno frekvenco. Ker je pri frekvenci f velik tokovni upor, bo padec napetosti v vezju pri frekvenci f največji. Ta lastnost zanke se imenuje selektivnost, uporablja se v radijskih sprejemnikih za izolacijo signala določene radijske postaje. Nihajno vezje, ki deluje v resonančnem načinu tokov, je ena glavnih komponent elektronski generatorji.