Resonansi tegangan
Jika rangkaian AC dihubungkan secara seri induktor Dan kapasitor, kemudian mereka dengan caranya sendiri mempengaruhi generator yang memberi makan rangkaian dan hubungan fase antara arus dan tegangan.
Induktor memperkenalkan pergeseran fasa di mana arus tertinggal seperempat periode dari tegangan, sementara kapasitor, sebaliknya, membuat tegangan dalam rangkaian tertinggal seperempat periode dari arus. Dengan demikian, pengaruh resistansi induktif pada pergeseran fasa antara arus dan tegangan dalam suatu rangkaian berlawanan dengan pengaruh resistansi kapasitif.
Ini mengarah pada fakta bahwa pergeseran fasa total antara arus dan tegangan dalam rangkaian bergantung pada rasio nilai resistansi induktif dan kapasitif.
Jika nilai resistansi kapasitif dari rangkaian lebih besar dari yang induktif, maka rangkaian tersebut bersifat kapasitif, yaitu tegangan tertinggal dari arus dalam fase. Sebaliknya, jika resistansi induktif rangkaian lebih besar dari resistansi kapasitif, maka tegangan mendahului arus dan oleh karena itu rangkaian bersifat induktif.
Reaktansi total Xtot dari rangkaian yang kami pertimbangkan ditentukan dengan menambahkan resistansi induktif koil XL dan resistansi kapasitif kapasitor XC.
Tetapi karena aksi dari resistansi ini dalam rangkaian berlawanan, maka salah satunya, yaitu Xc, diberi tanda minus, dan reaktansi total ditentukan dengan rumus:
Terapkan ke sirkuit ini Hukum Ohm, kita mendapatkan:
Rumus ini dapat diubah sebagai berikut:
Dalam persamaan yang dihasilkan, AzxL — nilai efektif komponen tegangan total rangkaian, yang akan mengatasi resistansi induktif rangkaian, dan AzNSC — nilai efektif komponen tegangan total rangkaian, yang akan mengatasi hambatan kapasitif.
Dengan demikian, tegangan total rangkaian yang terdiri dari sambungan seri kumparan dan kapasitor dapat dianggap terdiri dari dua istilah, yang nilainya bergantung pada nilai resistansi induktif dan kapasitif dari rangkaian. sirkuit.
Kami percaya bahwa sirkuit seperti itu tidak memiliki hambatan aktif. Namun, dalam kasus di mana resistansi aktif rangkaian tidak lagi kecil sehingga dapat diabaikan, resistansi total rangkaian ditentukan dengan rumus berikut:
di mana R adalah resistansi aktif total rangkaian, XL -NSC — reaktansi totalnya. Pindah ke rumus hukum Ohm, kami berhak menulis:
resonansi tegangan AC
Resistansi induktif dan kapasitif yang dihubungkan secara seri menyebabkan lebih sedikit pergeseran fasa antara arus dan tegangan dalam rangkaian AC dibandingkan jika dimasukkan dalam rangkaian secara terpisah.
Dengan kata lain, dari aksi simultan dari dua reaksi yang sifatnya berbeda ini di sirkuit, terjadi kompensasi (penghancuran timbal balik) dari pergeseran fasa.
Kompensasi penuh, mis. penghapusan lengkap dari pergeseran fasa antara arus dan tegangan dalam rangkaian seperti itu akan terjadi ketika resistansi induktif sama dengan resistansi kapasitif rangkaian, yaitu ketika XL = XC atau, yang sama, ketika ωL = 1 / ωC.
Dalam hal ini, rangkaian akan berperilaku sebagai resistansi aktif murni, yaitu seolah-olah tidak memiliki kumparan atau kapasitor. Nilai resistansi ini ditentukan oleh jumlah resistansi aktif koil dan kabel penghubung. Di mana arus efektif di sirkuit akan menjadi yang terbesar dan ditentukan oleh rumus hukum Ohm I = U / Rdimana Z sekarang diganti dengan R.
Pada saat yang sama, tegangan yang bekerja pada koil UL = AzxL dan pada kapasitor Uc = AzNSCC akan sama dan sebesar mungkin. Dengan resistansi aktif rangkaian yang rendah, tegangan ini dapat berkali-kali melebihi tegangan total U dari terminal rangkaian. Fenomena menarik ini disebut resonansi tegangan dalam teknik kelistrikan.
Dalam gambar. 1 menunjukkan kurva tegangan, arus dan daya pada tegangan resonansi di sirkuit.
Grafik arus tegangan dan daya pada resonansi tegangan
Perlu diingat bahwa resistansi XL dan C adalah variabel yang bergantung pada frekuensi arus dan perlu setidaknya sedikit mengubah frekuensinya, misalnya, meningkatkannya karena XL = ωL akan meningkat, dan XSC = = 1 /ωC akan berkurang dan dengan demikian resonansi tegangan pada rangkaian akan segera terganggu, sedangkan seiring dengan resistansi aktif, reaktansi akan muncul pada rangkaian. Hal yang sama akan terjadi jika Anda mengubah nilai induktansi atau kapasitansi rangkaian.
Dengan resonansi tegangan, daya sumber arus akan digunakan hanya untuk mengatasi resistansi aktif rangkaian, yaitu untuk memanaskan kabel.
Faktanya, dalam rangkaian dengan kumparan induktif tunggal, terjadi fluktuasi energi, mis. perpindahan energi secara periodik dari generator ke Medan gaya gulungan. Dalam rangkaian dengan kapasitor, hal yang sama terjadi, tetapi karena energi medan listrik kapasitor. Dalam sirkuit dengan kapasitor dan induktor pada resonansi tegangan (ХL = XС), energi, setelah disimpan oleh sirkuit, secara berkala berpindah dari koil ke kapasitor dan sebaliknya, dan hanya konsumsi energi yang diperlukan untuk mengatasi resistansi aktif dari sirkuit jatuh pada bagian sumber arus. Oleh karena itu, pertukaran energi terjadi antara kapasitor dan koil hampir tanpa partisipasi generator.
Seseorang hanya perlu memutus resonansi tegangan berdasarkan nilai, bagaimana energi medan magnet kumparan menjadi tidak sama dengan energi medan listrik kapasitor, dan dalam proses pertukaran energi antara medan-medan ini, kelebihan energi akan muncul, yang secara berkala akan mengalir keluar dari sumber di sirkuit, lalu mengumpankannya kembali ke sirkuit.
Fenomena ini sangat mirip dengan apa yang terjadi dalam jarum jam. Pendulum jam akan dapat berosilasi terus menerus tanpa bantuan pegas (atau pemberat pada alat bantu berjalan jam) jika bukan karena gaya gesekan yang memperlambat gerakannya.
Pegas, dengan mentransmisikan sebagian energinya ke pendulum pada saat yang tepat, membantunya mengatasi gaya gesekan, sehingga mencapai kontinuitas osilasi.
Demikian pula pada rangkaian listrik, ketika terjadi resonansi di dalamnya, sumber arus menghabiskan energinya hanya untuk mengatasi hambatan aktif rangkaian tersebut, sehingga membantu proses osilasi di dalamnya.
Jadi kita sampai pada kesimpulan bahwa sirkuit arus bolak-balik, yang terdiri dari generator dan induktor dan kapasitor yang terhubung seri, dalam kondisi tertentu XL = XС menjadi sistem osilasi... Sirkuit ini dinamai sirkuit osilasi.
Dari persamaan XL = XС dimungkinkan untuk menentukan nilai frekuensi generator di mana fenomena resonansi tegangan terjadi:
Arti kapasitansi dan induktansi dari rangkaian tempat terjadinya resonansi tegangan:
Jadi, mengubah salah satu dari ketiga besaran ini (eres, L dan C), adalah mungkin untuk menyebabkan resonansi tegangan pada rangkaian, yaitu mengubah rangkaian menjadi rangkaian berosilasi.
Contoh penerapan resonansi tegangan yang berguna: Sirkuit input penerima disesuaikan oleh kapasitor variabel (atau variometer) sedemikian rupa sehingga terjadi resonansi tegangan di dalamnya. Ini mencapai peningkatan besar dalam tegangan koil yang diperlukan untuk operasi penerima normal dibandingkan dengan tegangan rangkaian yang dibuat oleh antena.
Seiring dengan penggunaan yang berguna dari fenomena resonansi tegangan dalam teknik kelistrikan, sering ada kasus di mana resonansi tegangan berbahaya Peningkatan besar tegangan pada masing-masing bagian rangkaian (pada koil atau pada kapasitor) dibandingkan dengan tegangan generator dapat menyebabkan kerusakan pada bagian terpisah dan alat pengukur.