Znalosti fyziky a teorie této vědy přímo souvisí s údržbou domácnosti, opravami, stavebnictvím a strojírenstvím. Navrhujeme zvážit, jaká je rezonance proudů a napětí v sériovém RLC obvodu, jaká je hlavní podmínka pro její vznik a také výpočet.
Obsah
- Co je rezonance?
- přihláška
- Princip proudové rezonance
- Výpočet rezonančního obvodu
- Stresová rezonance
- Současná rezonance
Co je rezonance?
Definice jevu pomocí TOE: elektrická rezonance nastává v elektrickém obvodu při určité rezonanční frekvenci, kdy se některé části odporu nebo vodivosti prvků obvodu navzájem ruší. V některých obvodech k tomu dochází, když je impedance mezi vstupem a výstupem obvodu téměř nulová a funkce přenosu signálu se blíží jednotce. V tomto případě je velmi důležitý faktor kvality tohoto obvodu.
Spojení dvou větví při rezonanci
Známky rezonance:
- Složky jalových větví proudu jsou si navzájem rovny IPC = IPL, antifáze vzniká pouze při stejné čisté činné energii na vstupu;
- Proud v jednotlivých větvích převyšuje celý proud konkrétního obvodu, přičemž větve jsou ve fázi.
Jinými slovy, rezonance ve střídavém obvodu implikuje speciální frekvenci a je určena hodnotami odporu, kapacity a indukčnosti. Existují dva typy proudové rezonance:
Pro sériovou rezonanci je podmínka jednoduchá a vyznačuje se minimálním odporem a nulovou fází, používá se v reaktivních obvodech a používá se i ve větvených obvodech. Paralelní rezonance nebo koncept RLC obvodu nastává, když jsou indukční a kapacitní vstupy stejné velikosti, ale vzájemně se ruší, protože jsou od sebe v úhlu 180 stupňů. Toto spojení se musí neustále rovnat zadané hodnotě. Dostalo se mu širšího praktického uplatnění. Ostrá minimální impedance, kterou vykazuje, je výhodná pro mnoho elektrických domácích spotřebičů. Ostrost minima závisí na hodnotě odporu.
RLC obvod (neboli obvod) je elektrický obvod, který se skládá z rezistoru, induktoru a kondenzátoru zapojených sériově nebo paralelně. Paralelní oscilační obvod RLC získal svůj název podle zkratky fyzikálních veličin reprezentujících odpor, indukčnost a kapacitu. Obvod tvoří harmonický oscilátor pro proud. Jakékoli oscilace proudu indukovaného v obvodu časem slábnou, pokud je pohyb usměrňovaných částic zastaven zdrojem. Tento odporový efekt se nazývá útlum. Přítomnost odporu také snižuje špičkovou rezonanční frekvenci. Určitý odpor je ve skutečných obvodech nevyhnutelný, i když odpor není součástí obvodu.
přihláška
Téměř veškerá silová elektrotechnika používá právě takový oscilační obvod, řekněme výkonový transformátor. Obvod je také nezbytný pro nastavení provozu televizoru, kapacitního generátoru, svářečky, rozhlasového přijímače, využívá ho technologie „matching“ televizních vysílacích antén, kde je potřeba zvolit úzký frekvenční rozsah některého z použité vlny. Obvod RLC lze použít jako pásmovou propust, zářezový filtr, pro dolní nebo horní propusti distribučních senzorů.
Rezonance se dokonce využívá v estetické medicíně (mikroproudová terapie) a biorezonanční diagnostice.
Princip proudové rezonance
Můžeme vytvořit rezonanční nebo oscilační obvod na vlastní frekvenci, řekněme pro napájení kondenzátoru, jak ukazuje následující schéma:
Obvod pro napájení kondenzátoru
Spínač bude zodpovědný za směr oscilace.
Obvod: spínač rezonančního obvodu
Kondenzátor ukládá veškerý proud v okamžiku, kdy čas = 0. Oscilace v obvodu se měří pomocí ampérmetrů.
Obvod: proud v rezonančním obvodu je nulový
Nasměrované částice se pohybují na pravou stranu. Induktor odebírá proud z kondenzátoru.
Když polarita obvodu získá svůj původní tvar, proud se opět vrátí do výměníku tepla.
Nyní směrovaná energie opět přechází do kondenzátoru a kruh se znovu opakuje.
Ve skutečných obvodech se smíšeným okruhem vždy existuje určitý odpor, který způsobuje, že amplituda nasměrovaných částic s každým kruhem roste. Po několika otočeních desky proud klesne na 0. Tento proces se nazývá sinusový tlumený průběh. Rychlost tohoto procesu závisí na odporu v obvodu. Ale zároveň odpor nemění frekvenci sinusové vlny. Pokud je odpor dostatečně vysoký, proud nebude vůbec kolísat.
Označení střídavý proud znamená, že energie opouštějící zdroj kmitá na určité frekvenci. Zvýšení odporu přispívá ke snížení maximální velikosti amplitudy proudu, ale to nevede ke změně rezonančního (rezonančního) kmitočtu. Může se však vytvořit proces vířivých proudů. Po jeho výskytu jsou možná přerušení v sítích.
Výpočet rezonančního obvodu
Je třeba poznamenat, že tento jev vyžaduje velmi pečlivý výpočet, zejména pokud je použito paralelní připojení. Abyste se vyhnuli rušení v technologii, musíte použít různé vzorce. Budou vám užitečné při řešení jakéhokoli problému ve fyzice z příslušné sekce.
Je velmi důležité znát hodnotu výkonu v obvodu. Průměrný výkon rozptýlený v rezonančním obvodu lze vyjádřit jako efektivní napětí a proud takto:
R ženatý= já 2 pokračování * R = (V 2 pokračování / Z 2) * R.
Zároveň si pamatujte, že účiník při rezonanci je cos φ = 1
Samotný rezonanční vzorec má následující tvar:
Nulová impedance při rezonanci se určí pomocí následujícího vzorce:
Rezonanční kmitočet oscilace lze aproximovat takto:
Obecně platí, že obvod nebude oscilovat, pokud není odpor (R) dostatečně nízký, aby splnil následující požadavky:
Chcete-li získat přesná data, měli byste se pokusit nezaokrouhlit získané hodnoty kvůli výpočtům. Mnoho fyziků doporučuje použít metodu zvanou vektorový diagram aktivních proudů. Při správném výpočtu a konfiguraci zařízení získáte dobrou úsporu střídavého proudu.
Ve fyzice je rezonance jev, při kterém se frekvence volných kmitů v oscilačním obvodu shoduje s frekvencí vynucených kmitů. V elektřině je analogem oscilačního obvodu obvod skládající se z odporu, kapacity a indukčnosti. Podle toho, jak jsou spojeny, se rozlišují napěťová rezonance и proudová rezonance.
Stresová rezonance
V sériovém obvodu RLC dochází k napěťové rezonanci.
Podmínkou vzniku rezonance je rovnost frekvence napájecího zdroje s rezonanční frekvencí w=wр, a tedy indukční a kapacitní odpory xL=xC. Protože jsou v opačném znaménku, bude výsledná reaktance nulová. Napětí cívky UL a na kondenzátoru UC budou ve fázi opačné a vzájemně se zruší. Celkový odpor obvodu se v tomto případě bude rovnat aktivnímu odporu R, což zase způsobí zvýšení proudu v obvodu, a tím i napětí na prvcích.
Při napěťové rezonanci UC a UL může být mnohem větší než napětí zdroje, což je pro obvod nebezpečné.
S rostoucí frekvencí se zvyšuje odpor cívky a snižuje se odpor kondenzátoru. V době, kdy je kmitočet zdroje roven rezonančnímu, se budou rovnat a impedance obvodu Z bude nejmenší. Proto bude proud v obvodu maximální.
Z podmínky rovnosti indukčních a kapacitních odporů zjistíme rezonanční kmitočet
Na základě zapsané rovnice můžeme usoudit, že rezonance v oscilačním obvodu lze dosáhnout změnou frekvence zdroje proudu (frekvence vynucených kmitů) nebo změnou parametrů cívky L a kondenzátoru C.
Měli byste vědět, že v sériovém obvodu RLC dochází k výměně energie mezi cívkou a kondenzátorem prostřednictvím zdroje energie.
Současná rezonance
Proudová rezonance nastává v obvodu s rezistorem a kondenzátorem zapojeným paralelně cívkou.
Podmínkou pro vznik proudové rezonance je, že frekvence zdroje je rovna rezonanční frekvenci w=wр, tedy vodivost BL=BC. To znamená, že při rezonanci proudů jsou kapacitní a indukční vodivosti stejné.
Pro přehlednost grafu na chvíli odbočíme od vodivosti a přejdeme k odporu. S rostoucí frekvencí se zvyšuje impedance obvodu a snižuje se proud. V okamžiku, kdy je frekvence rovna rezonančnímu, je odpor Z maximální, proto proud v obvodu nabývá nejmenší hodnoty a rovná se aktivní složce.
Vyjádříme rezonanční frekvenci
Jak je z výrazu patrné, určuje se rezonanční frekvence, jako u napěťové rezonance.
Fenomén rezonance může být pozitivní i negativní. Například každý rádiový přijímač je založen na oscilačním obvodu, který se změnou indukčnosti nebo kapacity naladí na požadovanou rádiovou vlnu. Na druhé straně může rezonanční jev vést k napěťovým nebo proudovým rázům v obvodu, což následně vede k nehodě.
