Induktivno sklopljena nihajna vezja

Razmislite o dveh nihajnih krogih, ki sta nameščena relativno drug proti drugemu, tako da se lahko energija prenaša iz prvega kroga v drugega in obratno.

Oscilatorna vezja v takšnih pogojih imenujemo sklopljena vezja, ker elektromagnetna nihanja, ki se pojavljajo v enem od tokokrogov, povzročijo elektromagnetna nihanja v drugem tokokrogu in energija se giblje med temi tokokrogi, kot da bi bila povezana.

Močnejša ko je povezava med verigami, več energije se prenaša iz ene verige v drugo, intenzivneje verige vplivajo druga na drugo.

Velikost medsebojne povezave zanke je mogoče količinsko opredeliti s koeficientom sklopitve zanke Kwv, ki se meri v odstotkih (od 0 do 100 %). Vezava vezja je induktivna (transformatorska), avtotransformatorska ali kapacitivna. V tem članku bomo obravnavali induktivno sklopitev, to je stanje, ko interakcija tokokrogov poteka samo zaradi magnetnega (elektromagnetnega) polja.

Induktivno sklopitev imenujemo tudi transformatorska sklopka, ker nastane zaradi medsebojnega induktivnega delovanja navitij vezja drug na drugega, npr. v transformatorju, z edino razliko, da nihajnih krogov načeloma ni mogoče tako tesno povezati, kot je to mogoče opaziti pri običajnem transformatorju.

V sistemu povezanih vezij enega od njih napaja generator (iz vira izmeničnega toka), to vezje se imenuje primarno vezje. Na sliki je primarno vezje tisto, ki ga sestavljata elementa L1 in C1. Krog, ki prejema energijo iz primarnega kroga, se imenuje sekundarni krog, na sliki ga predstavljata elementa L2 in C2.

Konfiguracija povezave in resonanca zanke

Ko se tok I1 spremeni v tuljavi L1 primarne zanke (poveča ali zmanjša), se velikost indukcije magnetnega polja B1 okoli te tuljave ustrezno spremeni in črte sile tega polja prečkajo zavoje sekundarne tuljave L2 in zato po zakonu elektromagnetne indukcije v njem inducira EMF, ki povzroči tok I2 v tuljavi L2. Zato se izkaže, da se skozi magnetno polje energija iz primarnega tokokroga prenese v sekundarno, kot v transformatorju.

Praktično povezane zanke imajo lahko konstantno ali spremenljivo povezavo, ki se izvaja z metodo izdelave zank, na primer, tuljave zank so lahko navite na skupnem okvirju, pritrjene stacionarno, ali pa obstaja možnost fizičnega premikanje tuljav relativno drug glede na drugega, potem je njihov odnos spremenljiv. Tuljave s spremenljivimi povezavami so shematično prikazane s puščico, ki jih prečka.

Tako, kot je navedeno zgoraj, koeficient sklopitve tuljav Ksv odraža medsebojno povezanost tokokrogov v odstotkih, v praksi, če si predstavljamo, da so navitja enaka, bo pokazal, koliko magnetnega pretoka F1 od tudi tuljava L1 pade na tuljavo L2. Natančneje, sklopitveni koeficient Ksv kaže, kolikokrat je EMF, induciran v drugem tokokrogu, manjši od EMF, ki bi se lahko induciral v njem, če bi pri njegovem nastanku sodelovale vse magnetne linije sile tuljave L1.

Da bi dosegli največje razpoložljive tokove in napetosti v povezanih tokokrogih, morajo ostati v resonanci drug z drugim.

Resonanca v prenosnem (primarnem) vezju je lahko resonanca tokov ali resonanca napetosti, odvisno od naprave primarnega vezja: če je generator priključen na vezje zaporedno, bo resonanca v napetosti, če vzporedno - resonanca tokov. V sekundarnem tokokrogu bo običajno prišlo do napetostne resonance, saj sama tuljava L2 učinkovito deluje kot vir izmenične napetosti, ki je zaporedno povezan s sekundarnim tokokrogom.

Ko so zanke povezane z določenim CWS, se njihova uglasitev na resonanco izvede v naslednjem vrstnem redu. Primarno vezje je nastavljeno tako, da doseže resonanco v primarni zanki, to je dokler ni dosežen največji tok I1.

Naslednji korak je nastavitev sekundarnega tokokroga na največji tok (največja napetost na C2). Primarno vezje se nato prilagodi, ker magnetni pretok F2 iz tuljave L2 zdaj vpliva na magnetni pretok F1, resonančna frekvenca primarne zanke pa se rahlo spremeni, ker vezja zdaj delujeta skupaj.

Primerno je imeti nastavljiva kondenzatorja C1 in C2 hkrati pri postavljanju povezanih vezij, izdelanih kot del enega bloka (shematično so nastavljivi kondenzatorji s skupnim rotorjem označeni s kombiniranimi pikčastimi puščicami, ki jih prečkajo). Druga možnost prilagoditve je priključitev dodatnih kondenzatorjev relativno majhne kapacitete vzporedno z glavnim.

Resonanco je mogoče prilagoditi tudi s prilagajanjem induktivnosti navitih tuljav, na primer s premikanjem jedra znotraj tuljave. Takšna "nastavljiva" jedra so označena s črtkanimi črtami, ki jih prečka puščica.

Mehanizem delovanja verig drug na drugega

Zakaj sekundarni krog vpliva na primarni krog in kako se to zgodi? Tok I2 sekundarnega tokokroga ustvarja lasten magnetni tok F2, ki delno prečka zavoje tuljave L1 in zato v njem inducira EMF, ki je usmerjen (po Lenzovem pravilu) proti toku I1 in ga zato želimo zmanjšati, to išče primarni tokokrog kot dodatni upor, to je vneseni upor.

Ko je sekundarni krog nastavljen na frekvenco generatorja, je upor, ki ga vnaša v primarni krog, povsem aktiven.

Izkazalo se je, da je vneseni upor večji, čim močnejša so vezja, to je, več kot je Kws, večji je upor, ki ga sekundarni tokokrog vnaša v primarni. Pravzaprav ta vstavitveni upor označuje količino energije, prenesene v sekundarni krog.

Če je sekundarni tokokrog nastavljen glede na frekvenco generatorja, bo imel upor, ki ga vnese, poleg aktivnega še reaktivno komponento (kapacitivno ali induktivno, odvisno od smeri, v kateri je tokokrog razvejan) .

Velikost povezave med konturami

Upoštevajte grafično odvisnost toka sekundarnega tokokroga od frekvence generatorja glede na sklopni faktor Kww tokokrogov. Manjša kot je sklopitev kontur, ostrejša je resonanca in ko se Kww poveča, se vrh resonančne krivulje najprej izravna (kritična sklopitev), nato pa, če postane sklopitev še močnejša, dobi videz dvojnega hrbta.

Kritična povezava velja za optimalno z vidika doseganja največje moči v sekundarnem tokokrogu, če so tokokrogi enaki. Sklopitveni faktor za takšen optimalen način je številčno enak vrednosti slabljenja (recipročna vrednost Q-faktorja vezja Q).

Močna povezava (bolj kritična) tvori padec v resonančni krivulji in močnejša kot je ta povezava, večji je padec frekvence. Z močno povezavo tokokrogov se energija iz primarne zanke prenese v sekundarno z izkoristkom več kot 50%; ta pristop se uporablja v primerih, ko je treba več moči prenesti iz vezja v vezje.

Šibka sklopitev (manj kot kritična) zagotavlja resonančno krivuljo, katere oblika je enaka kot za enojno vezje. Šibka sklopka se uporablja v primerih, ko ni potrebe po prenosu znatne moči iz primarne zanke v sekundarno vezje z visoko učinkovitostjo in je zaželeno, da sekundarno vezje čim manj vpliva na primarno vezje.Višji kot je Q-faktor sekundarnega tokokroga, večja je amplituda toka v njem pri resonanci. Šibka povezava je primerna za meritve v radijski opremi.