Знання фізики і теорії цієї науки прямо пов'язане з веденням домашнього господарства, ремонтом, будівництво та машинобудуванням. Пропонуємо розглянути, що таке резонанс струмів і напруг в послідовному контурі RLC, яке основна умова його освіти, а також розрахунок.
Що таке резонанс?
Визначення явища по ТОЕ: електричний резонанс відбувається в електричному ланцюзі при певній резонансної частоті, коли деякі частини опорів або провідностей елементів схеми компенсують один одного. У деяких схемах це відбувається, коли імпеданс між входом і виходом схеми майже дорівнює нулю, і функція передачі сигналу близька до одиниці. При цьому дуже важлива добротність даного контуру.
З'єднання двох гілок при резонансі
Ознаки резонансу:
- Складові реактивних гілок струму рівні між собою IPC = IPL, противофаза утворюється тільки при рівності чистої активної енергії на вході;
- Струм в окремих гілках, перевищує весь струм певної ланцюга, при цьому гілки збігаються по фазі.
Іншими словами, резонанс в колі змінного струму має на увазі спеціальну частоту, і визначається значеннями опору, ємності й індуктивності. Існує два типи резонансу струмів:
- послідовний;
- Паралельний.
Для послідовного резонансу умова є простим і характеризується мінімальним опором і нульовий фазі, він використовується в реактивних схемах, також його застосовує розгалужений ланцюг. Паралельний резонанс або поняття RLC-контуру відбувається, коли індуктивні і ємнісні дані рівні за величиною, але компенсують один одного, так як вони знаходяться під кутом 180 градусів один від одного. Це з'єднання має бути постійно рівним зазначеної величині. Він отримав більш широке практичне застосування. Різкий мінімум імпедансу, який йому притаманний, є корисним для багатьох електричних побутових приладів. Різкість мінімуму залежить від величини опору.
Схема RLC (або контур) є електричною схемою, яка складається з резистора, котушки індуктивності, і конденсатора, з'єднаних послідовно або паралельно. Паралельний коливальний контур RLC отримав свою назву через абревіатури фізичних величин, що представляють собою відповідно опір, індуктивність і ємність. Схема утворює гармонійний осцилятор для струму. Будь-яке коливання індукованого в ланцюзі струму, згасає з плином часу, якщо рух спрямованих частинок, припиняється джерелом. Цей ефект резистора називається загасанням. Наявність опору також зменшує пікову резонансну частоту. Деякі опір є неминучими в реальних схемах, навіть якщо резистор не включений в схему.
застосування
Практично вся силова електротехніка використовує саме такий коливальний контур, скажімо, силовий трансформатор. Також схема необхідна для налаштування роботи телевізора, ємнісного генератора, зварювального апарату, радіоприймача, її застосовує технологію «узгодження» антен телемовлення, де потрібно вибрати вузький діапазон частот деяких використовуваних хвиль. Схема RLC може бути використана в якості смугового, режекторного фільтра, для датчиків для розподілу нижніх або верхніх частот.
Резонанс навіть використовує естетична медицина (мікрострумова терапія), і біорезонансна діагностика.
Принцип резонансу струмів
Ми можемо зробити резонансну або колебательную схему у власній частоті, скажімо, для харчування конденсатора, як демонструє наступна діаграма:
Схема для харчування конденсатора
Перемикач відповідатиме за напрямок коливань.
Схема: перемикач резонансної схеми
Конденсатор зберігає весь струм в той момент, коли час = 0. Коливання в ланцюзі вимірюються за допомогою амперметрів.
Схема: ток в резонансної схемою дорівнює нулю
Спрямовані частки переміщаються в праву сторону. Котушка індуктивності приймає ток з конденсатора.
Коли полярність схеми набуває первісний вигляд, ток знову повертається в теплообмінний апарат.
Тепер спрямована енергія знову переходить в конденсатор, і коло повторюється знову.
У реальних схемах змішаної ланцюга завжди є деякий опір, яке змушує амплітуду спрямованих частинок рости менше з кожним колом. Після декількох змін полярності пластин, ток знижується до 0. Даний процес називається синусоїдальним загасаючим хвильовим сигналом. Як швидко відбувається цей процес, залежить від опору в ланцюзі. Але при цьому опір не змінює частоту синусоїдальної хвилі. Якщо опір досить високою, струм не буде коливатися взагалі.
Позначення змінного струму означає, що виходячи з блоку живлення, енергія коливається з певною частотою. Збільшення опору сприяє до зниження максимального розміру поточної амплітуди, але це не призводить до зміни частоти резонансу (резонансної). Зате може утворитися вихрострумовий процес. Після його виникнення в мережах можливі перебої.
Розрахунок резонансного контуру
Потрібно відзначити, що це явище вимагає досить ретельного розрахунку, особливо, якщо використовується паралельне з'єднання. Для того щоб в техніці не виникали перешкоди, потрібно використовувати різні формули. Вони ж Вам знадобляться для вирішення будь-якої задачі з фізики з відповідного розділу.
Дуже важливо знати, значення потужності в ланцюзі. Середня потужність, що розсіюється в резонансному контурі, може бути виражена в термінах середньоквадратичної напруги та струму в такий спосіб:
R ср = I2конт * R = (V2конт / Z2) * R.
При цьому, пам'ятайте, що коефіцієнт потужності при резонансі дорівнює cos φ = 1
Сама ж формула резонансу має наступний вигляд:
ω0 = 1 / √L * C
Нульовий імпеданс в резонансі визначається за допомогою такої формули:
Fрез = 1 / 2π √L * C
Резонансна частота коливань може бути апроксимована наступним чином:
F = 1/2 р (LC) 0.5
Де: F = частота
L = індуктивність
C = ємність
Як правило, схема не буде коливатися, якщо опір (R) не є достатньо низьким, щоб відповідати таким вимогам:
R = 2 (L / C) 0.5
Для отримання точних даних, потрібно намагатися не округляти отримані значення внаслідок розрахунків. Багато фізиків рекомендують використовувати метод, під назвою векторна діаграма активних струмів. При правильному розрахунку та налаштування приладів, у Вас вийде хороша економія змінного струму.
Що таке резонанс?Що таке резонанс?
