יישום של תהודה מתח ותהודה זרם

במעגל נדנוד של השראות L, קיבול C והתנגדות R, תנודות חשמליות חופשיות נוטות להיחלש. כדי למנוע תנודות שיכוך, יש צורך לחדש את המעגל מעת לעת באנרגיה, ואז יתרחשו תנודות מאולצות, שלא ייחלשו, מכיוון שהמשתנה החיצוני EMF כבר יתמוך בתנודות במעגל.

אם התנודות נתמכות על ידי מקור של EMF הרמוני חיצוני, שתדר f שלו קרוב מאוד לתדר התהודה של מעגל התנודות F, אזי המשרעת של התנודות החשמליות U במעגל תגדל בחדות, כלומר. תופעה של תהודה חשמלית.

קיבולת מעגל AC

הבה נבחן תחילה את התנהגות הקבל C במעגל AC.אם המחובר לגנרטור קבל C שמתח U במסופיו משתנה בהתאם לחוק ההרמוני, אזי המטען על לוחות הקבלים יתחיל להשתנות בהתאם לחוק ההרמוני, בדומה לזרם I במעגל . ככל שהקיבול של הקבל גדול יותר וככל שהתדר f של ה-emf ההרמוני המופעל עליו גבוה יותר, כך זרם I גדול יותר.

עובדה זו קשורה לרעיון של מה שנקרא הקיבול של הקבל XC, אותו הוא מכניס למעגל זרם החילופין, מגביל את הזרם, בדומה להתנגדות הפעילה R, אך בהשוואה להתנגדות הפעילה, הקבל אינו מפזר אנרגיה בצורת חום.

אם ההתנגדות הפעילה מפזרת את האנרגיה ובכך מגבילה את הזרם, אז הקבל מגביל את הזרם פשוט כי אין לו זמן לאגור יותר מטען ממה שהגנרטור יכול לתת ברבע תקופה, יתר על כן, ברבע התקופה הבא, הקבל משחרר אנרגיה שנצברה בשדה החשמלי של הדיאלקטרי שלו, בחזרה לגנרטור, כלומר למרות שהזרם מוגבל, האנרגיה לא מתפזרת (נזניח את ההפסדים בחוטים ובדיאלקטרי).

השראות AC

כעת שקול את ההתנהגות של השראות L במעגל AC.אם במקום קבל מחברים לגנרטור סליל של השראות L, אזי כאשר מסופק EMF סינוסואידאלי (הרמוני) מהגנרטור למסופים של הסליל, הוא יתחיל להופיע EMF של אינדוקציה עצמית, מכיוון שכאשר הזרם דרך השראות משתנה, השדה המגנטי הגובר של הסליל נוטה למנוע מהזרם להגדיל (חוק לנץ), כלומר, נראה שהסליל מכניס התנגדות אינדוקטיבית XL למעגל AC - בנוסף לחוט התנגדות R.

ככל שההשראות של סליל נתון גדולה יותר וככל שהתדר F של זרם הגנרטור גבוה יותר, ההתנגדות האינדוקטיבית XL גבוהה יותר והזרם I קטן יותר, כי לזרם פשוט אין זמן להתיישב בגלל ה-EMF של ההשראות העצמית של הסליל מפריע לו. ובכל רבע מהתקופה, האנרגיה האצורה בשדה המגנטי של הסליל מוחזרת לגנרטור (נתעלם לעת עתה מההפסדים בחוטים).

עכבה, תוך התחשבות ב-R

בכל מעגל נדנוד אמיתי, השראות L, הקיבול C וההתנגדות הפעילה R מחוברים בסדרה.

השראות וקיבול פועלים על הזרם בצורה הפוכה בכל רבע מהתקופה של EMF ההרמוני של המקור: על הלוחות של הקבל המתח עולה במהלך הטעינה, למרות שהזרם יורד, וככל שהזרם גדל דרך השראות, הזרם, למרות שהוא חווה התנגדות אינדוקטיבית, אך גדל ונשמר.

ובמהלך פריקה: זרם הפריקה של הקבל הוא בתחילה גדול, המתח על הלוחות שלו נוטה לבסס זרם גדול, וההשראות מונעת מהזרם להגדיל, וככל שההשראות גדולה יותר, זרם הפריקה יהיה נמוך יותר. במקרה זה, ההתנגדות הפעילה R מציגה הפסדים אקטיביים גרידא. כלומר, העכבה Z של L, C ו-R המחוברות בסדרה, בתדר המקור f, תהיה שווה ל:

חוק אוהם לזרם חילופין

מחוק אוהם לזרם חילופין, ברור שהמשרעת של תנודות מאולצות היא פרופורציונלית לאמפליטודה של ה-EMF ותלויה בתדר. ההתנגדות הכוללת של המעגל תהיה הקטנה ביותר ואמפליטודה של הזרם תהיה הגדולה ביותר, בתנאי שההתנגדות האינדוקטיבית והקיבול בתדר נתון שווים זה לזה, ובמקרה זה תתרחש תהודה. מכאן נגזרת גם נוסחה לתדר התהודה של המעגל המתנודד:

תהודה מתח

כאשר מקור ה-EMF, הקיבול, השראות וההתנגדות מחוברים בטור זה עם זה, אז תהודה במעגל כזה נקראת תהודה סדרתית או תהודה של מתח. תכונה אופיינית של תהודה מתח היא המתחים המשמעותיים על הקיבול ועל השראות בהשוואה ל-EMF של המקור.

הסיבה להופעת תמונה כזו ברורה. על ההתנגדות הפעילה, לפי חוק אוהם, יהיה מתח Ur, על הקיבול Uc, על השראות Ul, ולאחר ביצוע היחס בין Uc ל-Ur נוכל למצוא את הערך של גורם האיכות Q.המתח על פני הקיבול יהיה Q כפול EMF המקור, אותו מתח יופעל על השראות.

כלומר, תהודה המתח מובילה לעלייה במתח על האלמנטים התגובתיים בפקטור של Q, וזרם התהודה יוגבל על ידי ה-EMF של המקור, ההתנגדות הפנימית שלו וההתנגדות הפעילה של המעגל R. כך , ההתנגדות של המעגל הסדרתי בתדר התהודה היא מינימלית.

הפעל תהודה של מתח

התופעה של תהודה מתח משמשת ב מסננים חשמליים מסוגים שונים, למשל, אם יש צורך להסיר רכיב זרם בתדר מסוים מהאות המשודר, אז מעגל של קבל ומשרן מחוברים בסדרה ממוקם במקביל למקלט, כך שזרם התדר התהודה של זה מעגל LC ייסגר דרכו והם לא יגיעו למקלט.

אז זרמים בתדר הרחוק מתדר התהודה של מעגל ה-LC יעברו באין מפריע לתוך העומס, ורק זרמים הקרובים לתהודה בתדר ימצאו את הדרך הקצרה ביותר דרך מעגל ה-LC.

או להפך. אם יש צורך להעביר רק זרם בתדר מסוים, אז מעגל ה-LC מחובר בסדרה עם המקלט, ואז רכיבי האות בתדר התהודה של המעגל יעברו לעומס כמעט ללא אובדן, והתדרים רחוק מהתהודה ייחלש משמעותית ואפשר לומר שהם לא יגיעו לעומס בכלל. עיקרון זה חל על מקלטי רדיו שבהם מעגל נדנוד ניתן לכיוון מכוון לקליטת תדר מוגדר בהחלט של תחנת הרדיו הרצויה.

באופן כללי, תהודה של מתח בהנדסת חשמל היא תופעה לא רצויה מכיוון שהיא גורמת למתח יתר ולנזק לציוד.

דוגמה פשוטה היא קו כבלים ארוך, שמשום מה התברר שהוא אינו מחובר לעומס, אך במקביל הוא מוזן על ידי שנאי ביניים. קו כזה עם קיבול ושראות מבוזרים, אם תדר התהודה שלו עולה בקנה אחד עם התדר של רשת האספקה, פשוט ינותק ויכשל. כדי למנוע נזק לכבל ממתח תהודה מקרי, מופעל עומס נוסף.

אבל לפעמים תהודה מתח משחקת לידיים שלנו, לא רק מכשירי רדיו. למשל, קורה שבאזורים כפריים המתח ברשת ירד בצורה בלתי צפויה והמכונה זקוקה למתח של לפחות 220 וולט. במקרה זה, התופעה של תהודה מתח חוסכת.

מספיק לכלול כמה קבלים בכל שלב בסדרה עם המכונה (אם הכונן בה הוא מנוע אסינכרוני), וכך המתח על פיתולי הסטטור יעלה.

כאן חשוב לבחור את המספר הנכון של קבלים כך שהם יפצו בדיוק על ירידת המתח ברשת עם ההתנגדות הקיבולית שלהם יחד עם ההתנגדות האינדוקטיבית של הפיתולים, כלומר, על ידי התקרבות קלה למעגל לתהודה, ניתן להגדיל ירידת המתח גם תחת עומס.

תהודה של זרמים

כאשר מקור ה-EMF, הקיבול, השראות וההתנגדות מחוברים במקביל זה לזה, אז תהודה במעגל כזה נקראת תהודה מקבילה או תהודה זרם.תכונה אופיינית של תהודה זרם היא הזרמים המשמעותיים דרך הקיבול וההשראות בהשוואה לזרם המקור.

הסיבה להופעת תמונה כזו ברורה. הזרם דרך ההתנגדות הפעילה לפי חוק אוהם יהיה שווה ל-U/R, דרך הקיבול U/XC, דרך השראות U/XL ועל ידי הרכבת היחס בין IL ל-I, ניתן למצוא את הערך של גורם האיכות ש. הזרם דרך השראות יהיה Q כפול זרם המקור, אותו זרם יזרום כל חצי תקופה לתוך הקבל והחוצה ממנו.

כלומר, התהודה של הזרמים מובילה לעלייה בזרם דרך האלמנטים התגובתיים בפקטור של Q, וה-EMF התהודה יוגבל על ידי ה-emf של המקור, ההתנגדות הפנימית שלו וההתנגדות הפעילה של המעגל R. לפיכך, בתדר התהודה, ההתנגדות של המעגל המתנודד המקביל היא מקסימלית.

יישום של זרמים תהודה

כמו תהודה מתח, תהודה זרם משמשת במסננים שונים. אבל מחובר למעגל, המעגל המקביל פועל בצורה הפוכה מאשר במקרה של הסדרה הראשונה: מותקן במקביל לעומס, מעגל התנודה המקביל יאפשר לזרם של תדר התהודה של המעגל לעבור לעומס. , כי ההתנגדות של המעגל עצמו בתדר התהודה שלו היא מקסימלית.

מותקן בסדרה עם העומס, המעגל המתנודד המקביל לא ישדר את אות תדר התהודה, מכיוון שכל המתח ייפול על המעגל, ולעומס יהיה חלק קטן מאות תדר התהודה.

אז, היישום העיקרי של תהודה זרם בהנדסת רדיו הוא יצירת התנגדות גדולה לזרם בתדר מסוים במחוללי צינורות ובמגברים בתדר גבוה.

בהנדסת חשמל, תהודה זרם משמשת להשגת מקדם הספק גבוה של עומסים עם רכיבים אינדוקטיביים וקיבוליים משמעותיים.

לדוגמה, יחידות פיצוי כוח תגובתי (KRM) הם קבלים המחוברים במקביל לפיתולים של מנועים אסינכרוניים ושנאים הפועלים תחת עומס מתחת לדירוג.

פונים לפתרונות כאלה בדיוק על מנת להשיג תהודה של זרמים (תהודה מקבילה), כאשר ההתנגדות האינדוקטיבית של הציוד שווה לקיבולת הקבלים המחוברים בתדר הרשת, כך שהאנרגיה התגובתית מסתובבת בין הקבלים. וציוד, ולא בין הציוד לרשת; כך שהרשת פולטת חשמל רק כאשר הציוד נטען וצורכת חשמל פעיל.

כאשר הציוד אינו פועל, מסתבר שהרשת מחוברת במקביל למעגל התהודה (קבלים חיצוניים והשראות הציוד), מה שמייצג עכבה מורכבת גדולה מאוד עבור הרשת ומאפשר להפחית גורם כוח.