Penerapan resonansi tegangan dan resonansi arus

Dalam rangkaian osilasi induktansi L, kapasitansi C, dan resistansi R, osilasi listrik bebas cenderung meredam. Untuk mencegah osilasi dari redaman, sirkuit perlu diisi ulang secara berkala dengan energi, kemudian osilasi paksa akan terjadi, yang tidak akan melemah, karena variabel eksternal EMF sudah mendukung osilasi di sirkuit.

Jika osilasi didukung oleh sumber EMF harmonik eksternal, yang frekuensi f sangat dekat dengan frekuensi resonansi rangkaian osilasi F, maka amplitudo osilasi listrik U dalam rangkaian akan meningkat tajam, mis. fenomena resonansi listrik.

kapasitas sirkuit AC

Mari kita perhatikan perilaku kapasitor C di sirkuit AC.Jika kapasitor C dihubungkan ke generator, tegangan U pada terminalnya berubah sesuai dengan hukum harmonik, maka muatan pada pelat kapasitor akan mulai berubah sesuai dengan hukum harmonik, mirip dengan arus I dalam rangkaian . Semakin besar kapasitansi kapasitor dan semakin tinggi frekuensi f dari ggl harmonik yang diterapkan padanya, semakin besar arus I.

Fakta ini terkait dengan gagasan yang disebut Kapasitansi kapasitor XC, yang dimasukkan ke dalam rangkaian arus bolak-balik, membatasi arus, mirip dengan resistansi aktif R, tetapi dibandingkan dengan resistansi aktif, kapasitor tidak menghilangkan energi dalam bentuk panas.

Jika resistansi aktif menghilangkan energi dan dengan demikian membatasi arus, maka kapasitor membatasi arus hanya karena tidak memiliki waktu untuk menyimpan lebih banyak muatan daripada yang dapat diberikan generator dalam seperempat periode, terlebih lagi, dalam seperempat periode berikutnya, kapasitor melepaskan energi yang terakumulasi dalam medan listrik dielektriknya, kembali ke generator, yaitu, meskipun arusnya terbatas, energinya tidak hilang (kita akan mengabaikan kerugian pada kabel dan dielektrik).

induktansi AC

Sekarang pertimbangkan perilaku induktansi L dalam rangkaian AC.Jika, alih-alih kapasitor, kumparan induktansi L dihubungkan ke generator, maka ketika EMF sinusoidal (harmonik) disuplai dari generator ke terminal kumparan, EMF induksi sendiri akan mulai muncul di dalamnya, karena ketika arus melalui induktansi berubah, medan magnet yang meningkat dari koil cenderung mencegah arus meningkat (hukum Lenz), yaitu, koil tampaknya memasukkan resistansi induktif XL ke dalam rangkaian AC - selain kabel resistensi R.

Semakin besar induktansi dari koil yang diberikan dan semakin tinggi frekuensi F arus generator, semakin tinggi resistansi induktif XL dan semakin kecil arus I karena arus tidak punya waktu untuk menetap karena EMF dari induktansi diri dari koil mengganggu itu. Dan setiap seperempat periode, energi yang disimpan dalam medan magnet koil dikembalikan ke generator (kita akan mengabaikan kerugian pada kabel untuk saat ini).

Impedansi, dengan mempertimbangkan R

Dalam rangkaian osilasi nyata apa pun, induktansi L, kapasitansi C, dan resistansi aktif R dihubungkan secara seri.

Induktansi dan kapasitansi bekerja pada arus dengan cara yang berlawanan di setiap kuartal periode EMF harmonik dari sumber: pada pelat kapasitor tegangan meningkat selama pengisian, meskipun arus berkurang, dan ketika arus meningkat melalui induktansi, arus, meskipun mengalami hambatan induktif, tetapi meningkat dan dipertahankan.

Dan selama pelepasan: arus pelepasan kapasitor pada awalnya besar, tegangan pada pelatnya cenderung menghasilkan arus yang besar, dan induktansi mencegah peningkatan arus, dan semakin besar induktansi, semakin rendah arus pelepasannya. Dalam hal ini, resistansi aktif R menimbulkan kerugian aktif murni, yaitu impedansi Z dari L, C dan R yang dihubungkan secara seri, pada frekuensi sumber f, akan sama dengan:

Hukum Ohm untuk arus bolak-balik

Dari hukum Ohm untuk arus bolak-balik, jelas bahwa amplitudo osilasi paksa sebanding dengan amplitudo EMF dan bergantung pada frekuensi. Resistansi total rangkaian akan menjadi yang terkecil dan amplitudo arus akan menjadi yang terbesar, asalkan resistansi induktif dan kapasitansi pada frekuensi tertentu sama satu sama lain, dalam hal ini resonansi akan terjadi. Rumus untuk frekuensi resonansi rangkaian osilasi juga diturunkan dari sini:

Resonansi tegangan

Ketika sumber EMF, kapasitansi, induktansi dan resistansi dihubungkan secara seri satu sama lain, maka resonansi dalam rangkaian seperti itu disebut resonansi seri atau resonansi tegangan. Ciri khas resonansi tegangan adalah tegangan signifikan pada kapasitansi dan induktansi dibandingkan dengan EMF sumber.

Alasan munculnya gambar seperti itu sudah jelas. Pada resistansi aktif, menurut hukum Ohm akan ada tegangan Ur, pada kapasitansi Uc, pada induktansi Ul, dan setelah membuat rasio Uc ke Ur, kita dapat menemukan nilai faktor kualitas Q.Tegangan melintasi kapasitansi akan menjadi Q kali EMF sumber, tegangan yang sama akan diterapkan ke induktansi.

Artinya, resonansi tegangan menyebabkan peningkatan tegangan pada elemen reaktif dengan faktor Q, dan arus resonansi akan dibatasi oleh EMF sumber, resistansi internalnya, dan resistansi aktif rangkaian R. Jadi , resistansi rangkaian seri pada frekuensi resonansi minimal.

Terapkan resonansi tegangan

Fenomena resonansi tegangan digunakan dalam filter listrik dari berbagai jenis, misalnya, jika perlu untuk menghapus komponen arus dengan frekuensi tertentu dari sinyal yang ditransmisikan, maka rangkaian kapasitor dan induktor yang dihubungkan secara seri ditempatkan secara paralel dengan penerima, sehingga arus frekuensi resonansi ini Sirkuit LC akan ditutup melalui itu dan mereka tidak akan mencapai penerima.

Kemudian arus frekuensi yang jauh dari frekuensi resonansi rangkaian LC akan mengalir tanpa hambatan ke beban, dan hanya arus yang dekat dengan resonansi dalam frekuensi yang akan menemukan jalur terpendek melalui rangkaian LC.

Atau sebaliknya. Jika hanya perlu melewatkan arus dengan frekuensi tertentu, maka rangkaian LC dihubungkan secara seri dengan penerima, maka komponen sinyal pada frekuensi resonansi rangkaian akan mengalir ke beban hampir tanpa kehilangan, dan frekuensi jauh dari resonansi akan melemah secara signifikan dan kita dapat mengatakan bahwa mereka tidak akan mencapai beban sama sekali. Prinsip ini berlaku untuk penerima radio di mana rangkaian osilasi yang dapat disetel disetel untuk menerima frekuensi yang ditentukan secara ketat dari stasiun radio yang diinginkan.

Secara umum, resonansi tegangan dalam teknik kelistrikan merupakan fenomena yang tidak diinginkan karena menyebabkan tegangan berlebih dan kerusakan peralatan.

Contoh sederhananya adalah saluran kabel yang panjang, yang karena alasan tertentu ternyata tidak terhubung ke beban, tetapi pada saat yang sama diumpankan oleh transformator perantara. Garis seperti itu dengan kapasitansi dan induktansi terdistribusi, jika frekuensi resonansinya bertepatan dengan frekuensi jaringan suplai, akan terputus dan gagal. Untuk mencegah kerusakan kabel akibat tegangan resonansi yang tidak disengaja, beban tambahan diterapkan.

Namun terkadang resonansi tegangan berperan di tangan kita, bukan hanya radio. Misalnya, di daerah pedesaan voltase di jaringan turun tak terduga dan mesin membutuhkan voltase minimal 220 volt. Dalam hal ini, fenomena resonansi tegangan menghemat.

Cukup dengan memasukkan beberapa kapasitor per fase secara seri dengan mesin (jika penggerak di dalamnya adalah motor asinkron), dan dengan demikian tegangan pada belitan stator akan naik.

Di sini penting untuk memilih jumlah kapasitor yang tepat sehingga mereka secara tepat mengkompensasi penurunan tegangan dalam jaringan dengan resistansi kapasitifnya bersama dengan resistansi induktif belitan, yaitu, dengan sedikit mendekati sirkuit ke resonansi, Anda dapat meningkatkan penurunan tegangan bahkan di bawah beban.

Resonansi arus

Ketika sumber EMF, kapasitansi, induktansi, dan resistansi dihubungkan secara paralel satu sama lain, maka resonansi dalam rangkaian seperti itu disebut resonansi paralel atau resonansi arus.Fitur karakteristik resonansi arus adalah arus signifikan melalui kapasitansi dan induktansi dibandingkan dengan arus sumber.

Alasan munculnya gambar seperti itu sudah jelas. Arus melalui resistansi aktif menurut hukum Ohm akan sama dengan U / R, melalui kapasitansi U / XC, melalui induktansi U / XL dan dengan menyusun rasio IL ke I, Anda dapat menemukan nilai faktor kualitas Q. Arus yang melalui induktansi akan menjadi Q kali arus sumber, arus yang sama akan mengalir setiap setengah periode masuk dan keluar kapasitor.

Artinya, resonansi arus menyebabkan peningkatan arus melalui elemen reaktif dengan faktor Q, dan EMF resonansi akan dibatasi oleh ggl sumber, resistansi internalnya, dan resistansi aktif rangkaian R Jadi, pada frekuensi resonansi, resistansi rangkaian osilasi paralel maksimum.

Penerapan arus resonansi

Seperti resonansi tegangan, resonansi arus digunakan dalam berbagai filter. Tetapi terhubung ke sirkuit, sirkuit paralel bekerja dengan cara yang berlawanan daripada dalam kasus seri satu: dipasang secara paralel dengan beban, sirkuit osilasi paralel akan memungkinkan arus frekuensi resonansi sirkuit untuk masuk ke beban , karena resistansi rangkaian itu sendiri pada frekuensi resonansinya sendiri maksimum.

Dipasang secara seri dengan beban, rangkaian osilasi paralel tidak akan mengirimkan sinyal frekuensi resonansi, karena semua tegangan akan jatuh pada rangkaian, dan beban akan memiliki sebagian kecil dari sinyal frekuensi resonansi.

Jadi, aplikasi utama resonansi arus dalam rekayasa radio adalah pembuatan resistansi besar untuk arus frekuensi tertentu dalam generator tabung dan amplifier frekuensi tinggi.

Dalam teknik kelistrikan, resonansi arus digunakan untuk mencapai faktor daya beban yang tinggi dengan komponen induktif dan kapasitif yang signifikan.

Misalnya, unit kompensasi daya reaktif (KRM) adalah kapasitor yang terhubung secara paralel dengan belitan motor asinkron dan transformator yang beroperasi di bawah beban di bawah pengenal.

Solusi semacam itu digunakan secara tepat untuk mencapai resonansi arus (resonansi paralel), ketika resistansi induktif peralatan sama dengan kapasitas kapasitor yang terhubung pada frekuensi jaringan, sehingga energi reaktif bersirkulasi di antara kapasitor. dan peralatan, dan bukan antara peralatan dan jaringan; jadi jaringan listrik hanya memancarkan daya saat peralatan diisi dayanya dan mengonsumsi daya aktif.

Ketika peralatan tidak berfungsi, jaringan dihubungkan secara paralel dengan rangkaian resonansi (kapasitor eksternal dan induktansi peralatan), yang merupakan impedansi kompleks yang sangat besar untuk jaringan dan memungkinkan untuk dikurangi faktor kekuatan.