تطبيق صدى الجهد ورنين التيار

في الدائرة التذبذبية للحث L ، السعة C ، والمقاومة R ، تميل التذبذبات الكهربائية الحرة إلى التخميد. لمنع التذبذبات من التخميد ، من الضروري تجديد الدائرة بشكل دوري بالطاقة ، ثم ستحدث التذبذبات القسرية ، والتي لن تضعف ، لأن المتغير الخارجي EMF سيدعم التذبذبات في الدائرة بالفعل.

إذا كانت التذبذبات مدعومة بمصدر EMF متناسق خارجي ، تردده f قريب جدًا من تردد الرنين للدائرة المتذبذبة F ، فإن سعة التذبذبات الكهربائية U في الدائرة ستزداد بشكل حاد ، أي ظاهرة الرنين الكهربائي.

سعة دائرة التيار المتردد

دعونا نفكر أولاً في سلوك المكثف C في دائرة التيار المتردد.إذا تم توصيل مكثف C بالمولد ، يتغير الجهد U عند أطرافه وفقًا للقانون التوافقي ، فإن الشحنة الموجودة على لوحات المكثف ستبدأ في التغيير وفقًا للقانون التوافقي ، على غرار التيار I في الدائرة . كلما زادت سعة المكثف وكلما زاد التردد f لـ emf التوافقي المطبق عليه ، زاد التيار I.

ترتبط هذه الحقيقة بفكرة ما يسمى ب سعة المكثف XC ، التي يدخلها في دائرة التيار المتردد ، تحد من التيار ، على غرار المقاومة النشطة R ، ولكن بالمقارنة مع المقاومة النشطة ، لا يبدد المكثف الطاقة على شكل حرارة.

إذا كانت المقاومة النشطة تبدد الطاقة وبالتالي تحد من التيار ، فإن المكثف يحد من التيار لمجرد أنه ليس لديه وقت لتخزين شحنة أكثر مما يمكن أن يقدمه المولد في فترة ربع سنوية ، علاوة على ذلك ، في الربع التالي من الفترة ، يطلق المكثف الطاقة المتراكمة في المجال الكهربائي لعزله ، ويعود إلى المولد ، أي على الرغم من أن التيار محدود ، لا تتبدد الطاقة (سنهمل الخسائر في الأسلاك وفي العازل).

محاثة التيار المتردد

الآن ضع في اعتبارك سلوك الحث L في دائرة التيار المتردد.إذا تم توصيل ملف الحث L بالمولد ، بدلاً من المكثف ، فعند توفير EMF الجيبية (التوافقية) من المولد إلى أطراف الملف ، سيبدأ في ظهور EMF للحث الذاتي ، لأنه عندما يتغير التيار من خلال الحث ، يميل المجال المغناطيسي المتزايد للملف إلى منع زيادة التيار (قانون لينز) ، أي أن الملف يبدو أنه يقدم مقاومة استقرائية XL في دائرة التيار المتردد - بالإضافة إلى السلك المقاومة R.

كلما زاد تحريض ملف معين وكلما زاد التردد F لتيار المولد ، زادت المقاومة الحثية XL وأصغر التيار I لأن التيار ببساطة ليس لديه وقت للاستقرار لأن EMF للحث الذاتي لـ الملف يتداخل معها. وفي كل ربع من الفترة ، يتم إرجاع الطاقة المخزنة في المجال المغناطيسي للملف إلى المولد (سنتجاهل الخسائر في الأسلاك في الوقت الحالي).

المعاوقة ، مع مراعاة R

في أي دائرة تتأرجح حقيقية ، يتم توصيل المحاثة L والسعة C والمقاومة النشطة R في سلسلة.

يعمل المحاثة والسعة على التيار في الاتجاه المعاكس في كل ربع من فترة EMF التوافقي للمصدر: على ألواح المكثف يزداد الجهد أثناء الشحن، على الرغم من أن التيار ينخفض ​​، ومع زيادة التيار من خلال المحاثة ، فإن التيار ، على الرغم من أنه يواجه مقاومة استقرائية ، لكنه يزداد ويتم الحفاظ عليه.

وأثناء التفريغ: يكون تيار التفريغ للمكثف كبيرًا في البداية ، ويميل الجهد الموجود على ألواحه إلى تكوين تيار كبير ، ويمنع الحث التيار من الزيادة ، وكلما زاد المحاثة ، انخفض تيار التفريغ. في هذه الحالة ، تقدم المقاومة النشطة R خسائر نشطة بحتة. أي أن الممانعة Z لـ L و C و R المتصلة في سلسلة ، عند تردد المصدر f ، ستكون مساوية لـ:

قانون أوم للتيار المتردد

من قانون أوم للتيار المتناوب ، من الواضح أن سعة التذبذبات القسرية تتناسب مع سعة EMF وتعتمد على التردد. ستكون المقاومة الكلية للدائرة هي الأصغر وستكون سعة التيار الأكبر ، بشرط أن تكون المقاومة الحثية والسعة عند تردد معين متساويين مع بعضهما البعض ، وفي هذه الحالة سيحدث الرنين. يتم أيضًا اشتقاق معادلة تردد الطنين للدائرة المتذبذبة من هنا:

صدى الجهد

عندما يتم توصيل مصدر EMF والسعة والتحريض والمقاومة في سلسلة مع بعضها البعض ، فإن الرنين في مثل هذه الدائرة يسمى الرنين المتسلسل أو رنين الجهد. السمة المميزة لرنين الجهد هي الفولتية الكبيرة على السعة وعلى المحاثة مقارنة بالمجال الكهرومغناطيسي للمصدر.

سبب ظهور مثل هذه الصورة واضح. على المقاومة النشطة ، وفقًا لقانون أوم ، سيكون هناك جهد أور ، على السعة Uc ، على المحاثة Ul ، وبعد إجراء نسبة Uc إلى Ur ، يمكننا العثور على قيمة عامل الجودة Q.سيكون الجهد عبر السعة Q مرة من مصدر EMF ، وسيتم تطبيق نفس الجهد على المحاثة.

أي أن رنين الجهد يؤدي إلى زيادة الجهد على العناصر التفاعلية بعامل Q ، وسوف يكون تيار الطنين محدودًا بواسطة EMF للمصدر ومقاومته الداخلية والمقاومة النشطة للدائرة R. ، مقاومة دارة السلسلة عند تردد الرنين ضئيلة.

تطبيق صدى الجهد

يتم استخدام ظاهرة صدى الجهد في فلاتر كهربائية بمختلف أنواعها، على سبيل المثال ، إذا كان من الضروري إزالة مكون حالي لتردد معين من الإشارة المرسلة ، فسيتم وضع دائرة مكثف ومحث متصل في سلسلة بالتوازي مع المستقبل ، بحيث يتم وضع تيار تردد الرنين لهذا سيتم إغلاق دائرة LC من خلالها ولن تصل إلى جهاز الاستقبال.

بعد ذلك ، ستمر تيارات التردد البعيدة عن تردد الرنين لدائرة LC دون عوائق في الحمل ، وستجد التيارات القريبة من الرنين فقط أقصر مسار عبر دائرة LC.

أو العكس. إذا كان من الضروري تمرير تيار بتردد معين فقط ، فسيتم توصيل دارة LC في سلسلة مع المستقبل ، ثم تنتقل مكونات الإشارة عند تردد الرنين للدائرة إلى الحمل تقريبًا دون خسارة ، والترددات بعيدًا عن الرنين سيضعف بشكل كبير ويمكننا القول إنهم لن يصلوا إلى الحمل على الإطلاق. ينطبق هذا المبدأ على مستقبلات الراديو حيث يتم ضبط دائرة تتأرجح قابلة للضبط لاستقبال تردد محدد بدقة لمحطة الراديو المطلوبة.

بشكل عام ، يعد صدى الجهد في الهندسة الكهربائية ظاهرة غير مرغوب فيها لأنه يتسبب في زيادة الجهد وتلف المعدات.

مثال بسيط هو خط الكابل الطويل ، والذي تبين لسبب ما أنه غير متصل بالحمل ، ولكن في نفس الوقت يتم تغذيته بواسطة محول وسيط. مثل هذا الخط ذو السعة الموزعة والحث ، إذا تزامن تردده الرنان مع تردد شبكة الإمداد ، فسيتم قطعه وفشل. لمنع تلف الكبل من جهد الرنين العرضي ، يتم تطبيق حمل إضافي.

لكن في بعض الأحيان ، يلعب صدى الجهد في أيدينا ، وليس فقط أجهزة الراديو. على سبيل المثال ، يحدث أنه في المناطق الريفية انخفض الجهد في الشبكة بشكل غير متوقع وتحتاج الآلة إلى جهد لا يقل عن 220 فولت. في هذه الحالة ، فإن ظاهرة رنين الجهد يحفظ.

يكفي تضمين العديد من المكثفات لكل مرحلة في السلسلة مع الجهاز (إذا كان محرك الأقراص فيه محركًا غير متزامن) ، وبالتالي يرتفع الجهد على لفات الجزء الثابت.

من المهم هنا اختيار العدد المناسب من المكثفات بحيث تعوض بالضبط عن انخفاض الجهد في الشبكة بمقاومتها السعوية مع المقاومة الاستقرائية للملفات ، أي من خلال الاقتراب قليلاً من الدائرة للرنين ، يمكنك زيادة انخفاض الجهد حتى تحت الحمل.

صدى التيارات

عندما يتم توصيل مصدر EMF والسعة والمحاثة والمقاومة بالتوازي مع بعضها البعض ، فإن الرنين في مثل هذه الدائرة يسمى الرنين الموازي أو الرنين الحالي.السمة المميزة للرنين الحالي هي التيارات الهامة من خلال السعة والحث مقارنة بتيار المصدر.

سبب ظهور مثل هذه الصورة واضح. سيكون التيار من خلال المقاومة النشطة وفقًا لقانون أوم مساويًا لـ U / R ، من خلال السعة U / XC ، من خلال الحث U / XL وعن طريق تكوين نسبة IL إلى I ، يمكنك العثور على قيمة عامل الجودة س: سيكون التيار خلال المحاثة Q ضعف تيار المصدر ، وسوف يتدفق نفس التيار كل نصف فترة داخل وخارج المكثف.

أي أن صدى التيارات يؤدي إلى زيادة التيار من خلال العناصر التفاعلية بعامل Q ، وسيتم تقييد EMF الرنانة بواسطة emf للمصدر ومقاومته الداخلية والمقاومة النشطة للدائرة R وهكذا ، عند تردد الرنين ، تكون مقاومة الدائرة المتذبذبة المتوازية هي القصوى.

تطبيق التيارات الرنانة

مثل رنين الجهد ، يستخدم الرنين الحالي في مرشحات مختلفة. لكن متصلة بالدائرة ، تعمل الدائرة المتوازية بطريقة معاكسة مما كانت عليه في حالة السلسلة الأولى: مثبتة بالتوازي مع الحمل ، ستسمح الدائرة المتذبذبة الموازية لتيار تردد الرنين للدائرة بالمرور إلى الحمل ، لأن مقاومة الدائرة نفسها عند تردد الرنين الخاص بها هي الحد الأقصى.

إذا تم تثبيتها في سلسلة مع الحمل ، فإن دائرة التذبذب المتوازي لن ترسل إشارة تردد الطنين ، لأن كل الجهد سوف يقع على الدائرة ، وسيكون للحمل جزء صغير من إشارة تردد الطنين.

لذلك ، فإن التطبيق الرئيسي للرنين الحالي في الهندسة الراديوية هو إنشاء مقاومة كبيرة لتيار بتردد معين في مولدات الأنبوب ومضخمات التردد العالي.

في الهندسة الكهربائية ، يستخدم الرنين الحالي لتحقيق عامل قدرة مرتفع للأحمال مع مكونات حثية وسعوية كبيرة.

على سبيل المثال، وحدات تعويض القدرة التفاعلية (KRM) هي مكثفات متصلة بالتوازي مع لفات المحركات والمحولات غير المتزامنة التي تعمل تحت الحمل المقدر.

يتم اللجوء إلى مثل هذه الحلول على وجه التحديد من أجل تحقيق صدى التيارات (الرنين الموازي) ، عندما تكون المقاومة الحثية للمعدات مساوية لقدرة المكثفات المتصلة على تردد الشبكة ، بحيث تدور الطاقة التفاعلية بين المكثفات والمعدات ، وليس بين المعدات والشبكة ؛ لذا فإن الشبكة تصدر الطاقة فقط عندما يتم شحن الجهاز وتستهلك طاقة نشطة.

عندما لا يعمل الجهاز ، يتبين أن الشبكة متصلة بالتوازي مع دائرة الرنين (المكثفات الخارجية ومحاثة الجهاز) ، والتي تمثل مقاومة كبيرة للغاية للشبكة وتسمح بتقليل عامل القوى.