電壓諧振

如果交流電路串聯 電感器電容器, 然後它們以自己的方式影響發電機為電路供電以及電流和電壓之間的相位連接。

電感器引入相移,其中電流滯後電壓四分之一周期,而相反,電容器使電路中的電壓滯後電流四分之一周期。因此,電感電阻對電路中電流和電壓之間相移的影響與電容電阻的影響相反。

這導致電路中電流和電壓之間的總相移取決於電感和電容電阻值的比率。

如果電路的容性電阻值大於感性電阻值,則電路本質上是容性的,即電壓同相滯後於電流。相反,如果電路的感性電阻大於容性電阻,則電壓超前電流,因此電路是感性的。

我們正在考慮的電路的總電抗 Xtot 是通過將線圈 XL 的感性電阻和電容器 XC 的容性電阻相加來確定的。

但由於這些電阻在電路中的作用是相反的,那麼其中一個,即Xc,賦負號,總電抗由下式確定:

適用於該電路 歐姆定律,我們得到:

這個公式可以轉化為:

在得到的等式中,AzxL — 電路總電壓分量的有效值,它將克服電路的電感電阻,以及 AzNSC — 電路總電壓分量的有效值,它將克服電容電阻。

因此,由線圈和電容器串聯組成的電路的總電壓可以認為由兩項組成,其值取決於電感和電容電阻的值電路。

我們認為這樣的電路沒有有源電阻。但是,在電路的有源電阻不再小到可以忽略的情況下,電路的總電阻由下式確定:

其中 R 是電路的總有源電阻,XL -NSC — 它的總電抗。轉到歐姆定律的公式,我們有權寫:

電壓諧振

交流電壓諧振

與單獨包含在電路中相比,串聯連接的電感電阻和電容電阻在交流電路中引起的電流和電壓之間的相移更小。

換句話說,由於電路中這兩個不同性質的反應的同時作用,相移的補償(相互破壞)發生了。

全額賠償,即。當電感電阻等於電路的電容電阻時,即當 XL = XC 或 ωL = 1 / ωC 時,將完全消除此類電路中電流和電壓之間的相移。

在這種情況下,電路將表現為純有源電阻,也就是說,就好像它既沒有線圈也沒有電容器。該電阻值由線圈和連接線的有效電阻之和決定。在哪個 有效電流 在電路中將是最大的,由歐姆定律公式 I = U / R 確定,其中 Z 現在由 R 代替。

同時,作用在線圈上的電壓 UL = AzxL 和電容器上的電壓 Uc = AzNSCC 將相等並且將盡可能大。在電路有源電阻較低的情況下,這些電壓可能會超過電路端子的總電壓 U 很多倍。這種有趣的現像在電氣工程中被稱為電壓諧振。

在圖。圖1為電路諧振電壓下的電壓、電流和功率曲線。

電壓諧振時的電壓電流和功率圖

電壓諧振時的電壓電流和功率圖

應該記住,電阻 XL 和 C 是取決於電流頻率的變量,值得至少稍微改變其頻率,例如,隨著 XL = ωL 增加,XSC = = 1 /ωC 將減小,從而電路中的電壓諧振將立即被擾動,同時隨著有源電阻的增加,電路中將出現電抗。如果改變電路的電感值或電容值,也會發生同樣的情況。

在電壓諧振的情況下,電流源的功率將僅用於克服電路的有源電阻,即加熱導線。

實際上,在單個電感線圈的電路中,會出現能量波動,即能量從發電機週期性轉移到 磁場 線圈。在帶有電容器的電路中,同樣的事情也會發生,但這是因為電容器電場的能量。在具有電壓諧振 (ХL = XС) 電容器和電感器的電路中,能量一旦被電路存儲,就會周期性地從線圈傳遞到電容器,反之亦然,只有克服有源電阻所需的能量消耗該電路落在電流源的份額上。因此,電容器和線圈之間的能量交換幾乎沒有發電機的參與。

只需按值打破一個電壓諧振,線圈的磁場能量如何變得不等於電容器的電場能量,並且在這些場之間的能量交換過程中,多餘的能量將出現,它會周期性地從電路中的源流出,然後在電路中反饋給它。

這種現象與發條裝置中發生的情況非常相似。如果不是因為摩擦力減慢了鐘擺的運動速度,鐘擺就能夠在沒有彈簧(或鐘行走機構中的重物)的幫助下連續擺動。

彈簧通過在適當的時刻將其部分能量傳遞給擺錘,幫助其克服摩擦力,從而實現連續擺動。

類似地,在電路中,當電路中發生諧振時,電流源僅消耗其能量來克服電路的有源電阻,從而輔助電路中的振盪過程。

因此我們得出結論,由發電機和串聯連接的電感器和電容器組成的交流電路在某些條件下 XL = XС 成為振盪系統......該電路被命名為振盪電路。

從等式 XL = XС 可以確定發生電壓諧振現象的發電機頻率值:

發生電壓諧振電路的電容和電感的含義:

這樣,改變eres、L和C這三個量中的任何一個,都有可能在電路中引起電壓諧振,即使電路變成振盪電路。

電壓諧振的一個有用應用示例:接收器的輸入電路通過可變電容器(或變差計)進行調整,從而在其中發生電壓諧振。與天線產生的電路電壓相比,這實現了正常接收器操作所需的線圈電壓的大幅增加。

隨著電壓諧振現像在電氣工程中的有用利用,經常出現電壓諧振有害的情況。與電壓相比,電路各個部分(線圈或電容器上)的電壓大幅增加發電機的損壞會導致單獨部件和測量設備損壞。

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