Συντονισμός ρευμάτων

Παράλληλη σύνδεση πυκνωτή και επαγωγέα σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος

Εξετάστε τα φαινόμενα στην αλυσίδα εναλλασσόμενο ρεύμαπου περιέχει γεννήτρια, πυκνωτή και επαγωγέα συνδεδεμένα παράλληλα. Ας υποθέσουμε ότι το κύκλωμα δεν έχει ενεργή αντίσταση.

Προφανώς, σε ένα τέτοιο κύκλωμα η τάση τόσο του πηνίου όσο και του πυκνωτή ανά πάσα στιγμή είναι ίση με την τάση που αναπτύσσει η γεννήτρια.

Το συνολικό ρεύμα σε ένα κύκλωμα αποτελείται από τα ρεύματα στους κλάδους του. Το ρεύμα στον επαγωγικό κλάδο καθυστερεί την τάση στη φάση κατά ένα τέταρτο της περιόδου και το ρεύμα στον χωρητικό κλάδο την οδηγεί κατά το ίδιο τέταρτο της περιόδου. Επομένως, τα ρεύματα στους κλάδους ανά πάσα στιγμή αποδεικνύεται ότι μετατοπίζονται φάση μεταξύ τους κατά μισή περίοδο, δηλαδή βρίσκονται σε αντιφάση. Έτσι, τα ρεύματα στους κλάδους ανά πάσα στιγμή κατευθύνονται το ένα προς το άλλο και το συνολικό ρεύμα στο μη διακλαδισμένο τμήμα του κυκλώματος είναι ίσο με τη διαφορά τους.

Αυτό μας δίνει το δικαίωμα να γράψουμε ισότητα I = IL -ολοκληρωτικό κύκλωμα

όπου εγώ- πραγματική τιμή του συνολικού ρεύματος στο κύκλωμα, I L και ολοκληρωμένο κύκλωμα — αποτελεσματικές τιμές ρευμάτων στους κλάδους.

Χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm για τον προσδιορισμό των ενεργών τιμών του ρεύματος στους κλάδους, παίρνουμε:

Il = U / XL και Az° C = U / XC

Αν στο κύκλωμα κυριαρχεί η επαγωγική αντίσταση, π.χ. XL Περισσότερα ▼ XC, το ρεύμα στο πηνίο είναι μικρότερο από το ρεύμα στον πυκνωτή. Επομένως το ρεύμα στο μη διακλαδισμένο τμήμα του κυκλώματος είναι χωρητικό στη φύση και το κύκλωμα στο σύνολό του για τη γεννήτρια θα είναι χωρητικό. Αντίθετα, με XC μεγαλύτερο από XL, το ρεύμα στον πυκνωτή είναι μικρότερο από το ρεύμα στο πηνίο. Επομένως το ρεύμα στο μη διακλαδισμένο τμήμα του κυκλώματος είναι επαγωγικό και το κύκλωμα στο σύνολό του για τη γεννήτρια θα είναι επαγωγικό.

Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι και στις δύο περιπτώσεις το φορτίο είναι αντιδραστικό, δηλ. το κύκλωμα δεν καταναλώνει την ισχύ της γεννήτριας.

Συντονισμός ρευμάτων

Ας εξετάσουμε τώρα την περίπτωση που ο πυκνωτής και το πηνίο που συνδέονται παράλληλα αποδείχθηκαν ίσα στην αντίδρασή τους, δηλ. XlL = X°C.

Εάν, όπως και πριν, υποθέσουμε ότι το πηνίο και ο πυκνωτής δεν έχουν ενεργή αντίσταση, τότε εάν οι αντιδράσεις τους είναι ίσες (YL = Y° C) το συνολικό ρεύμα στο μη διακλαδισμένο τμήμα του κυκλώματος θα είναι μηδέν, ενώ στους κλάδους ίσο τα ρεύματα θα ρέουν με το μεγαλύτερο μέγεθος. Σε αυτή την περίπτωση, το φαινόμενο των ρευμάτων συντονισμού εμφανίζεται στο κύκλωμα.

Σε συντονισμό ρεύματος, οι ενεργές τιμές των ρευμάτων σε κάθε κλάδο, που καθορίζονται από τις αναλογίες IL = U / XL και Аz° С = U / XC θα είναι ίσες μεταξύ τους, έτσι ώστε XL = XC.

Το συμπέρασμα στο οποίο καταλήξαμε μπορεί να φαίνεται μάλλον περίεργο με την πρώτη ματιά. Στην πραγματικότητα, η γεννήτρια φορτώνεται με δύο αντιστάσεις και δεν υπάρχει ρεύμα στο μη διακλαδισμένο τμήμα του κυκλώματος, ενώ ίσα και, επιπλέον, τα μεγαλύτερα ρεύματα ρέουν στις ίδιες τις αντιστάσεις.

Αυτό εξηγείται από τη συμπεριφορά του μαγνητικού πεδίου του πηνίου και ηλεκτρικό πεδίο ενός πυκνωτή… Σε συντονισμό ρευμάτων, όπως στο συντονισμός τάσης, υπάρχει μια διακύμανση ενέργειας μεταξύ του πεδίου του πηνίου και του πεδίου του πυκνωτή. Η γεννήτρια, μετά την επικοινωνία της ενέργειας στο κύκλωμα, φαίνεται να είναι απομονωμένη. Μπορεί να απενεργοποιηθεί εντελώς και το ρεύμα στο διακλαδισμένο τμήμα του κυκλώματος θα διατηρηθεί χωρίς γεννήτρια από την ενέργεια που αποθηκεύει αρχικά το κύκλωμα. Επίσης, η τάση στους ακροδέκτες του κυκλώματος θα παραμείνει ακριβώς η ίδια με αυτή που αναπτύχθηκε από τη γεννήτρια.

Έτσι, όταν ο επαγωγέας και ο πυκνωτής συνδέονται παράλληλα, λάβαμε ένα κύκλωμα ταλαντωτή που διαφέρει από αυτό που περιγράφηκε παραπάνω μόνο στο ότι η γεννήτρια που δημιουργεί τις ταλαντώσεις δεν συνδέεται απευθείας στο κύκλωμα και το κύκλωμα είναι κλειστό. Γραφήματα ρευμάτων, τάσης και ισχύος στο κύκλωμα σε συντονισμό ρευμάτων: α — η ενεργή αντίσταση είναι ίση με μηδέν, το κύκλωμα δεν καταναλώνει ενέργεια. β — το κύκλωμα έχει ενεργή αντίσταση, έχει εμφανιστεί ρεύμα στο μη διακλαδισμένο τμήμα του κυκλώματος, το κύκλωμα καταναλώνει ενέργεια

Τα L, C και e, όπου εμφανίζεται συντονισμός ρεύματος, προσδιορίζονται, όπως στον συντονισμό τάσης (αν παραμελήσουμε την ενεργή αντίσταση του κυκλώματος), από την ισότητα:

ωL = 1 / ω° C

Επομένως:

eres = 1 / 2π√LC

Lres = 1 / ω2C

Τεμάχιο = 1 / ω2L

Με την αλλαγή οποιουδήποτε από αυτά τα τρία μεγέθη, μπορεί να επιτευχθεί η ισότητα Xl = X° C, δηλαδή να μετατραπεί το κύκλωμα σε κύκλωμα ταλάντωσης.

Άρα, έχουμε ένα κλειστό ταλαντούμενο κύκλωμα στο οποίο μπορούμε να προκαλέσουμε ηλεκτρικές ταλαντώσεις, δηλ. εναλλασσόμενο ρεύμα. Και αν δεν υπήρχε η ενεργή αντίσταση που διαθέτει κάθε ταλαντευόμενο κύκλωμα, θα μπορούσε να υπάρχει συνεχώς ένα εναλλασσόμενο ρεύμα σε αυτό.Η παρουσία ενεργής αντίστασης οδηγεί στο γεγονός ότι οι ταλαντώσεις στο κύκλωμα σταδιακά σβήνουν και για να διατηρηθούν απαιτείται μια πηγή ενέργειας - ένας εναλλάκτης.

Σε μη ημιτονοειδή κυκλώματα ρεύματος, είναι δυνατοί τρόποι συντονισμού για διάφορες αρμονικές συνιστώσες.

Τα ρεύματα συντονισμού χρησιμοποιούνται ευρέως στην πράξη. Το φαινόμενο του συντονισμού ρεύματος χρησιμοποιείται στα ζωνοπερατά φίλτρα ως ηλεκτρικός «σφιγκτήρας» που καθυστερεί μια ορισμένη συχνότητα. Εφόσον υπάρχει σημαντική αντίσταση ρεύματος στη συχνότητα f, η πτώση τάσης στο κύκλωμα στη συχνότητα f θα είναι μέγιστη. Αυτή η ιδιότητα του βρόχου ονομάζεται επιλεκτικότητα, χρησιμοποιείται σε ραδιοφωνικούς δέκτες για την απομόνωση του σήματος ενός συγκεκριμένου ραδιοφωνικού σταθμού. Ένα κύκλωμα ταλάντωσης που λειτουργεί σε συντονισμό ρευμάτων είναι ένα από τα κύρια στοιχεία ηλεκτρονικές γεννήτριες.