Mạch dao động ghép cảm

Xét hai mạch dao động được đặt tương đối với nhau để năng lượng có thể truyền từ mạch thứ nhất sang mạch thứ hai và ngược lại.

Mạch dao động trong các điều kiện như vậy được gọi là mạch ghép đôi, vì dao động điện từ xảy ra ở một trong các mạch gây ra dao động điện từ ở mạch kia và năng lượng di chuyển giữa các mạch này như thể chúng được nối với nhau.

Liên kết giữa các chuỗi càng mạnh thì năng lượng truyền từ chuỗi này sang chuỗi khác càng nhiều, các chuỗi ảnh hưởng lẫn nhau càng mạnh.

Độ lớn của kết nối vòng lặp có thể được định lượng bằng hệ số kết nối vòng lặp Kwv, được đo bằng phần trăm (từ 0 đến 100%). Kết nối mạch là điện cảm (máy biến áp), biến áp tự ngẫu hoặc điện dung. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét khớp nối cảm ứng, nghĩa là trạng thái khi sự tương tác của các mạch chỉ diễn ra do từ trường (điện từ).

Ghép cảm ứng còn được gọi là ghép biến áp vì nó diễn ra do tác động cảm ứng lẫn nhau của các cuộn dây mạch lên nhau, như trong trong máy biến áp, với sự khác biệt duy nhất là về nguyên tắc, các mạch dao động không thể được ghép nối chặt chẽ như có thể quan sát thấy trong một máy biến áp thông thường.

Trong một hệ thống các mạch được kết nối, một trong số chúng được cung cấp bởi máy phát điện (từ nguồn dòng điện xoay chiều), mạch này được gọi là mạch sơ cấp. Trong hình, mạch sơ cấp bao gồm các phần tử L1 và C1. Mạch nhận năng lượng từ mạch sơ cấp gọi là mạch thứ cấp, trên hình vẽ nó được biểu diễn bởi các phần tử L2 và C2.

Cấu hình liên kết và cộng hưởng vòng lặp

Khi cường độ dòng điện I1 chạy trong cuộn dây L1 của vòng sơ cấp thay đổi (tăng hoặc giảm) thì độ lớn cảm ứng từ B1 xung quanh cuộn dây này cũng thay đổi theo và các đường sức của trường này đi qua các vòng dây của cuộn thứ cấp L2 và do đó, theo định luật cảm ứng điện từ, tạo ra một EMF trong nó, gây ra dòng điện I2 trong cuộn dây L2. Do đó, hóa ra là thông qua từ trường, năng lượng từ mạch sơ cấp được truyền sang mạch thứ cấp, giống như trong máy biến áp.

Các vòng được kết nối thực tế có thể có kết nối cố định hoặc thay đổi, điều này được thực hiện bằng phương pháp sản xuất các vòng, ví dụ, các cuộn dây của các vòng có thể được quấn trên một khung chung, được cố định cố định hoặc có khả năng vật lý. chuyển động của các cuộn dây so với nhau thì mối quan hệ của chúng là biến thiên. Các cuộn dây liên kết thay đổi được hiển thị dưới dạng sơ đồ với một mũi tên đi qua chúng.

Như vậy, như đã nói ở trên, hệ số ghép các cuộn dây Ksv phản ánh mức độ liên kết của các mạch theo phần trăm, trong thực tế nếu ta tưởng tượng các cuộn dây giống nhau thì sẽ cho biết từ thông F1 của cuộn dây bằng bao nhiêu phần trăm. cuộn L1 nối tiếp cuộn L2. Chính xác hơn, hệ số ghép Ksv cho biết EMF gây ra trong mạch thứ hai nhỏ hơn bao nhiêu lần so với EMF có thể gây ra trong mạch đó nếu tất cả các đường sức từ của cuộn dây L1 đều tham gia vào quá trình tạo ra nó.

Để có được dòng điện và điện áp tối đa có sẵn trong các mạch được kết nối, chúng phải duy trì cộng hưởng với nhau.

Cộng hưởng trong mạch truyền tải (sơ cấp) có thể là cộng hưởng dòng điện hoặc cộng hưởng điện áp, tùy thuộc vào thiết bị của mạch sơ cấp: nếu máy phát được mắc nối tiếp với mạch thì cộng hưởng sẽ ở điện áp, nếu mắc song song - sự cộng hưởng của các dòng điện. Thông thường sẽ có cộng hưởng điện áp trong mạch thứ cấp, vì bản thân cuộn dây L2 hoạt động hiệu quả như một nguồn điện áp xoay chiều được mắc nối tiếp với mạch thứ cấp.

Có các vòng lặp được liên kết với một CWS nhất định, việc điều chỉnh cộng hưởng của chúng được thực hiện theo thứ tự sau. Mạch sơ cấp được điều chỉnh để thu được cộng hưởng trong vòng sơ cấp, tức là cho đến khi đạt được dòng điện cực đại I1.

Bước tiếp theo là đặt dòng điện thứ cấp ở mức tối đa (điện áp tối đa tại C2). Sau đó, mạch sơ cấp được điều chỉnh vì từ thông F2 từ cuộn dây L2 bây giờ ảnh hưởng đến từ thông F1 và tần số cộng hưởng của vòng sơ cấp thay đổi một chút do các mạch hiện đang hoạt động cùng nhau.

Thật thuận tiện khi có các tụ điện C1 và C2 có thể điều chỉnh cùng lúc khi thiết lập các mạch được kết nối được làm như một phần của một khối (về mặt sơ đồ, các tụ điện có thể điều chỉnh với một rôto chung được biểu thị bằng các mũi tên chấm kết hợp cắt ngang chúng). Một khả năng điều chỉnh khác là kết nối các tụ điện bổ sung có công suất tương đối nhỏ song song với tụ điện chính.

Cũng có thể điều chỉnh cộng hưởng bằng cách điều chỉnh độ tự cảm của cuộn dây quấn, ví dụ bằng cách di chuyển lõi bên trong cuộn dây. Các lõi "có thể điều chỉnh" như vậy được biểu thị bằng các đường đứt nét, được cắt ngang bởi một mũi tên.

Cơ chế hoạt động của các chuỗi lên nhau

Tại sao mạch thứ cấp ảnh hưởng đến mạch sơ cấp và điều này xảy ra như thế nào? Dòng điện I2 của mạch thứ cấp tạo ra từ thông F2 của riêng nó, từ thông này đi qua một phần các vòng của cuộn dây L1 và do đó tạo ra một EMF trong đó, được định hướng (theo quy tắc Lenz) chống lại I1 hiện tại và do đó chúng tôi tìm cách giảm nó, điều này tìm kiếm mạch sơ cấp như một điện trở bổ sung, tức là điện trở được đưa vào.

Khi mạch thứ cấp được điều chỉnh theo tần số máy phát, điện trở mà nó đưa vào mạch sơ cấp hoàn toàn hoạt động.

Điện trở đưa vào hóa ra càng lớn, mạch càng mạnh, nghĩa là càng nhiều Kws, điện trở do mạch thứ cấp đưa vào sơ cấp càng lớn. Trên thực tế, điện trở chèn này đặc trưng cho lượng năng lượng được chuyển đến mạch thứ cấp.

Nếu mạch thứ cấp được điều chỉnh theo tần số của máy phát, thì điện trở do nó tạo ra sẽ có, ngoài mạch hoạt động, một thành phần phản ứng (điện dung hoặc cảm ứng, tùy thuộc vào hướng mà mạch được phân nhánh) .

Kích thước của kết nối giữa các đường viền

Xem xét sự phụ thuộc đồ thị của cường độ dòng điện trong mạch thứ cấp vào tần số của máy phát liên quan đến hệ số ghép Kww của các mạch. Khớp nối của các đường viền càng nhỏ thì cộng hưởng càng sắc nét và khi Kww tăng lên, đầu tiên đỉnh của đường cong cộng hưởng sẽ phẳng ra (khớp nối tới hạn), và sau đó, nếu khớp nối thậm chí còn mạnh hơn, thì nó sẽ có dạng hai mặt sau.

Kết nối quan trọng được coi là tối ưu theo quan điểm thu được công suất lớn nhất trong mạch thứ cấp nếu các mạch giống hệt nhau. Hệ số ghép cho chế độ tối ưu như vậy bằng số với giá trị suy giảm (nghịch đảo của hệ số Q của mạch Q).

Kết nối mạnh (quan trọng hơn) tạo thành một điểm lõm trong đường cong cộng hưởng và kết nối này càng mạnh thì tần số giảm càng rộng. Với sự kết nối mạnh mẽ của các mạch, năng lượng từ vòng sơ cấp được truyền sang vòng thứ cấp với hiệu suất hơn 50%; phương pháp này được sử dụng trong trường hợp cần truyền nhiều năng lượng hơn từ mạch này sang mạch khác.

Khớp nối yếu (ít tới hạn) cung cấp một đường cong cộng hưởng có hình dạng giống như đối với một mạch đơn. Khớp nối yếu được sử dụng trong trường hợp không cần truyền năng lượng đáng kể từ vòng sơ cấp sang mạch thứ cấp với hiệu suất cao và điều mong muốn là mạch thứ cấp ảnh hưởng đến mạch sơ cấp ít nhất có thể.Hệ số Q của mạch thứ cấp càng cao thì biên độ dòng điện trong nó khi cộng hưởng càng lớn. Liên kết yếu phù hợp cho mục đích đo lường trong thiết bị vô tuyến.