cộng hưởng điện áp
Nếu mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp cuộn cảm Và tụ điện, thì theo cách riêng của chúng, chúng ảnh hưởng đến máy phát điện cung cấp mạch và các kết nối pha giữa dòng điện và điện áp.
Một cuộn cảm giới thiệu một sự dịch pha trong đó dòng điện trễ điện áp một phần tư chu kỳ, trong khi ngược lại, một tụ điện làm cho điện áp trong mạch trễ một phần tư chu kỳ. Như vậy, tác dụng của điện trở cảm ứng đối với sự lệch pha giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong mạch ngược với tác dụng của dung kháng.
Điều này dẫn đến thực tế là tổng độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các giá trị điện trở cảm ứng và điện dung.
Nếu giá trị điện trở của mạch lớn hơn giá trị của điện dung cảm ứng thì mạch có tính chất điện dung, tức là điện áp trễ pha so với cường độ dòng điện. Ngược lại, nếu điện trở cảm ứng của mạch lớn hơn điện dung thì hiệu điện thế dẫn dòng điện và do đó mạch có tính chất cảm ứng.
Tổng điện kháng Xtot của đoạn mạch đang xét được xác định bằng cách cộng điện trở thuần cảm của cuộn dây XL và điện trở thuần dung của tụ điện XC.
Nhưng vì hoạt động của các điện trở này trong mạch là ngược lại, nên một trong số chúng, cụ thể là Xc, được gán dấu trừ và tổng điện trở được xác định theo công thức:
Áp dụng cho mạch này Định luật Ohm, chúng tôi nhận được:
Công thức này có thể được biến đổi như sau:
Trong phương trình thu được, AzxL — giá trị hiệu dụng của thành phần tổng điện áp của mạch sẽ thắng điện trở cảm ứng của mạch và AzNSC — giá trị hiệu dụng của thành phần tổng điện áp của mạch sẽ thắng vượt qua trở kháng điện dung.
Do đó, tổng điện áp của một mạch bao gồm một kết nối nối tiếp của một cuộn dây và một tụ điện có thể được coi là bao gồm hai số hạng, các giá trị của chúng phụ thuộc vào các giá trị của điện trở cảm ứng và điện dung của mạch.
Chúng tôi tin rằng một mạch như vậy không có điện trở hoạt động. Tuy nhiên, trong trường hợp điện trở tác dụng của mạch không còn nhỏ đến mức không đáng kể thì điện trở toàn phần của mạch được xác định theo công thức sau:
trong đó R là tổng điện trở hoạt động của mạch, XL -NSC — tổng điện kháng của nó. Chuyển sang công thức của định luật Ohm, chúng ta có quyền viết:
cộng hưởng điện áp xoay chiều
Các điện trở cảm ứng và điện dung mắc nối tiếp ít gây ra sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch điện xoay chiều hơn so với khi chúng được đưa vào mạch điện riêng biệt.
Nói cách khác, từ tác động đồng thời của hai phản ứng có bản chất khác nhau này trong mạch, sự bù (phá hủy lẫn nhau) của sự lệch pha xảy ra.
Bồi thường đầy đủ, tức là. Việc loại bỏ hoàn toàn sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong một mạch như vậy sẽ xảy ra khi điện trở cảm ứng bằng với điện trở dung của mạch, tức là khi XL = XC hoặc giống nhau khi ωL = 1 / ωC.
Trong trường hợp này, mạch sẽ hoạt động như một điện trở thuần hoạt động, nghĩa là, như thể nó không có cuộn dây cũng như tụ điện. Giá trị của điện trở này được xác định bằng tổng các điện trở hoạt động của cuộn dây và các dây nối. Tại đó hiệu quả hiện tại trong mạch sẽ lớn nhất và được xác định theo công thức định luật Ôm I = U / R trong đó Z bây giờ được thay thế bằng R.
Đồng thời, các điện áp tác dụng lên cuộn dây UL = AzxL và trên tụ điện Uc = AzNSCC sẽ bằng nhau và càng lớn càng tốt. Với điện trở hoạt động thấp của mạch, các điện áp này có thể nhiều lần vượt quá tổng điện áp U của các cực mạch. Hiện tượng thú vị này được gọi là cộng hưởng điện áp trong kỹ thuật điện.
Trong bộ lễ phục. Hình 1 cho thấy các đường cong của điện áp, dòng điện và công suất ở các điện áp cộng hưởng trong mạch.
Đồ thị cường độ dòng điện và công suất khi cộng hưởng điện áp
Cần lưu ý rằng các điện trở XL và C là các biến phụ thuộc vào tần số của dòng điện và ít nhất cũng đáng để thay đổi một chút tần số của nó, chẳng hạn như tăng nó khi XL = ωL sẽ tăng và XSC = = 1 / ωC sẽ giảm và do đó cộng hưởng điện áp trong mạch lập tức bị xáo trộn, đồng thời cùng với điện trở hoạt động, trong mạch sẽ xuất hiện điện kháng. Điều tương tự cũng xảy ra nếu bạn thay đổi giá trị của điện cảm hoặc điện dung của mạch.
Với sự cộng hưởng điện áp, công suất của nguồn hiện tại sẽ chỉ được sử dụng để vượt qua điện trở hoạt động của mạch, nghĩa là làm nóng dây dẫn.
Trên thực tế, trong một mạch có một cuộn dây cảm ứng, dao động năng lượng xảy ra, tức là truyền năng lượng tuần hoàn từ máy phát sang từ trường cuộn dây. Trong mạch có tụ điện, hiện tượng cũng xảy ra nhưng do năng lượng điện trường của tụ điện. Trong một mạch điện có tụ điện và cuộn cảm ở mức cộng hưởng điện áp (ХL = XС), năng lượng, một khi được lưu trữ trong mạch, truyền định kỳ từ cuộn dây sang tụ điện và ngược lại, và chỉ tiêu thụ năng lượng cần thiết để vượt qua điện trở hoạt động của mạch rơi vào phần của nguồn hiện tại. Do đó, quá trình trao đổi năng lượng diễn ra giữa tụ điện và cuộn dây hầu như không có sự tham gia của máy phát điện.
Người ta chỉ phải phá vỡ cộng hưởng điện áp theo giá trị, làm thế nào năng lượng của từ trường của cuộn dây trở nên không bằng năng lượng của điện trường của tụ điện và trong quá trình trao đổi năng lượng giữa các trường này, năng lượng dư thừa sẽ xuất hiện, nó sẽ chảy ra định kỳ từ nguồn trong mạch, sau đó đưa nó trở lại nguồn trong mạch.
Hiện tượng này rất giống với những gì xảy ra trong một chiếc đồng hồ. Con lắc của đồng hồ sẽ có thể dao động liên tục mà không cần sự trợ giúp của lò xo (hoặc trọng lượng trong khung đi đồng hồ) nếu không có lực ma sát làm chậm chuyển động của nó.
Lò xo, bằng cách truyền một phần năng lượng của nó cho con lắc vào đúng thời điểm, giúp nó thắng lực ma sát, do đó đạt được sự liên tục của dao động.
Tương tự như vậy, trong một mạch điện, khi cộng hưởng xảy ra trong nó, nguồn dòng điện chỉ tiêu tốn năng lượng của nó để vượt qua điện trở hoạt động của mạch, do đó hỗ trợ quá trình dao động trong đó.
Do đó, chúng tôi đi đến kết luận rằng một mạch điện xoay chiều, bao gồm một máy phát điện và một cuộn cảm và tụ điện mắc nối tiếp, trong những điều kiện nhất định XL = XС trở thành một hệ dao động... Mạch này được đặt tên là mạch dao động.
Từ phương trình XL = XС có thể xác định các giá trị tần số của máy phát điện tại đó xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện áp:
Ý nghĩa của điện dung và độ tự cảm của đoạn mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện áp:
Do đó, thay đổi bất kỳ một trong ba đại lượng này (eres, L và C), có thể gây ra cộng hưởng điện áp trong mạch, nghĩa là biến mạch thành mạch dao động.
Một ví dụ về ứng dụng hữu ích của cộng hưởng điện áp: Mạch đầu vào của máy thu được điều chỉnh bằng một tụ điện biến đổi (hoặc biến trở kế) sao cho cộng hưởng điện áp xảy ra trong đó. Điều này đạt được sự gia tăng lớn về điện áp cuộn dây cần thiết cho hoạt động của máy thu bình thường so với điện áp mạch do ăng-ten tạo ra.
Cùng với công dụng hữu ích của hiện tượng cộng hưởng điện áp trong kỹ thuật điện, thường xảy ra các trường hợp cộng hưởng điện áp có hại là hiện tượng điện áp tăng cao ở từng đoạn mạch (trên cuộn dây hoặc trên tụ điện) so với điện áp của máy phát điện có thể dẫn đến hư hỏng các bộ phận riêng biệt và thiết bị đo lường.