การประยุกต์ใช้เรโซแนนซ์แรงดันและเรโซแนนซ์กระแส

ในวงจรการสั่นของตัวเหนี่ยวนำ L ความจุ C และความต้านทาน R การสั่นทางไฟฟ้าอิสระมักจะทำให้ชื้น เพื่อป้องกันการสั่นจากการทำให้หมาด ๆ จำเป็นต้องเติมพลังงานให้วงจรเป็นระยะ ๆ จากนั้นจะมีการบังคับการสั่นซึ่งจะไม่อ่อนตัวลงเนื่องจาก EMF ตัวแปรภายนอกจะรองรับการสั่นในวงจรแล้ว

หากการสั่นได้รับการสนับสนุนโดยแหล่งที่มาของ EMF ฮาร์มอนิกภายนอก ซึ่งความถี่ f ใกล้เคียงกับความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรสั่น F มาก ดังนั้นแอมพลิจูดของการสั่นทางไฟฟ้า U ในวงจรจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เช่น ปรากฏการณ์ของการสั่นพ้องทางไฟฟ้า

ความจุของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ก่อนอื่นให้เราพิจารณาพฤติกรรมของตัวเก็บประจุ C ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับหากตัวเก็บประจุ C เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า U ที่ขั้วซึ่งเปลี่ยนแปลงตามกฎฮาร์มอนิก ประจุบนแผ่นตัวเก็บประจุจะเริ่มเปลี่ยนแปลงตามกฎฮาร์มอนิก คล้ายกับกระแส I ในวงจร . ยิ่งความจุของตัวเก็บประจุมากขึ้นและความถี่ f ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าฮาร์มอนิกที่ใช้กับตัวเก็บประจุก็จะยิ่งสูงขึ้น กระแส I ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ข้อเท็จจริงนี้เกี่ยวข้องกับความคิดที่เรียกว่า ความจุของตัวเก็บประจุ XC ซึ่งนำเข้าสู่วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ จำกัด กระแสคล้ายกับความต้านทานที่ใช้งานอยู่ R แต่เมื่อเทียบกับความต้านทานที่ใช้งานอยู่ ตัวเก็บประจุจะไม่กระจายพลังงานในรูปของความร้อน

หากตัวต้านทานแบบแอกทีฟกระจายพลังงานและจำกัดกระแส ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงจำกัดกระแสเพียงเพราะมันไม่มีเวลาเก็บประจุไฟฟ้ามากเกินกว่าที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะสามารถจ่ายได้ในช่วงเวลาหนึ่งในสี่ ยิ่งกว่านั้น ในไตรมาสถัดไปของช่วงเวลาหนึ่ง ตัวเก็บประจุจะปล่อยพลังงานที่สะสมอยู่ในสนามไฟฟ้าของไดอิเล็กตริกกลับไปที่เครื่องกำเนิด นั่นคือแม้ว่ากระแสจะมีจำกัด แต่พลังงานจะไม่กระจายไป (เราจะละเลยการสูญเสียในสายไฟและในไดอิเล็กตริก)

ตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับ

พิจารณาพฤติกรรมของตัวเหนี่ยวนำ L ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับหากขดลวดเหนี่ยวนำ L เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแทนที่จะเป็นตัวเก็บประจุจากนั้นเมื่อ EMF ไซน์ (ฮาร์มอนิก) ถูกจ่ายจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังขั้วของขดลวด EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองจะเริ่มปรากฏขึ้น เนื่องจากเมื่อกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นของขดลวดมีแนวโน้มที่จะป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้น (กฎของเลนซ์) นั่นคือ ขดลวดดูเหมือนจะนำความต้านทานเหนี่ยวนำ XL เข้าสู่วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ นอกเหนือจากสายไฟ ความต้านทาน R

ยิ่งค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดที่กำหนดมากขึ้นและความถี่ F ของกระแสเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายิ่งสูง ความต้านทานการเหนี่ยวนำ XL ก็ยิ่งสูงขึ้น และกระแส I ก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น เนื่องจากกระแสไม่มีเวลาที่จะชำระเนื่องจาก EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองของ ขดลวดรบกวนมัน และทุก ๆ ไตรมาสของช่วงเวลา พลังงานที่เก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของขดลวดจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องกำเนิด (เราจะเพิกเฉยต่อการสูญเสียในสายไฟในตอนนี้)

อิมพีแดนซ์โดยคำนึงถึง R

ในวงจรการสั่นจริงใดๆ ตัวเหนี่ยวนำ L, ความจุ C และความต้านทานที่ใช้งาน R จะเชื่อมต่อเป็นอนุกรม

ตัวเหนี่ยวนำและความจุทำหน้าที่ตรงกันข้ามกับกระแสในแต่ละไตรมาสของช่วงเวลา EMF ฮาร์มอนิกของแหล่งกำเนิด: บนแผ่นของตัวเก็บประจุ แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นระหว่างการชาร์จแม้ว่ากระแสจะลดลงและเมื่อกระแสเพิ่มขึ้นผ่านตัวเหนี่ยวนำ กระแสแม้ว่าจะมีความต้านทานแบบเหนี่ยวนำ แต่ก็เพิ่มขึ้นและคงไว้

และระหว่างการคายประจุ: กระแสคายประจุของตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่ในตอนแรก แรงดันไฟฟ้าบนจานมีแนวโน้มที่จะสร้างกระแสขนาดใหญ่ และตัวเหนี่ยวนำจะป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้น และยิ่งตัวเหนี่ยวนำมาก กระแสคายประจุก็จะยิ่งต่ำลง ในกรณีนี้ ความต้านทานแบบแอกทีฟ R ทำให้เกิดการสูญเสียเชิงแอคทีฟล้วนๆ นั่นคือ อิมพีแดนซ์ Z ของ L, C และ R ที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมที่ความถี่แหล่งกำเนิด f จะเท่ากับ:

กฎของโอห์มสำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ

จากกฎของโอห์มสำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ เห็นได้ชัดว่าแอมพลิจูดของการสั่นแบบบังคับนั้นแปรผันตรงกับแอมพลิจูดของ EMF และขึ้นอยู่กับความถี่ ความต้านทานรวมของวงจรจะน้อยที่สุดและแอมพลิจูดของกระแสจะใหญ่ที่สุด โดยมีเงื่อนไขว่าความต้านทานอุปนัยและความจุที่ความถี่ที่กำหนดมีค่าเท่ากัน ซึ่งในกรณีนี้จะเกิดเสียงสะท้อน สูตรสำหรับความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรสั่นก็มาจากที่นี่เช่นกัน:

เรโซแนนซ์ของแรงดันไฟฟ้า

เมื่อแหล่งกำเนิด EMF ความจุ ความเหนี่ยวนำ และความต้านทานเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม การสั่นพ้องในวงจรดังกล่าวจะเรียกว่าการสั่นพ้องแบบอนุกรมหรือการสั่นพ้องของแรงดัน คุณลักษณะเฉพาะของเรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้าคือแรงดันไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญบนความจุและตัวเหนี่ยวนำเมื่อเทียบกับ EMF ของแหล่งกำเนิด

เหตุผลที่ปรากฏของภาพดังกล่าวนั้นชัดเจน ในความต้านทานที่ใช้งานตามกฎของโอห์มจะมีแรงดันไฟฟ้า Ur, บนความจุ Uc, บนตัวเหนี่ยวนำ Ul และหลังจากสร้างอัตราส่วนของ Uc ต่อ Ur เราสามารถหาค่าของปัจจัยคุณภาพ Qแรงดันคร่อมความจุจะเป็น Q คูณ EMF ต้นทาง แรงดันเดียวกันจะถูกนำไปใช้กับตัวเหนี่ยวนำ

นั่นคือ เรโซแนนซ์ของแรงดันนำไปสู่การเพิ่มแรงดันในองค์ประกอบปฏิกิริยาโดยปัจจัย Q และกระแสเรโซแนนซ์จะถูกจำกัดโดย EMF ของแหล่งกำเนิด ความต้านทานภายในและความต้านทานที่ใช้งานของวงจร R ดังนั้น , ความต้านทานของวงจรอนุกรมที่ความถี่เรโซแนนซ์มีค่าน้อยที่สุด

ใช้เรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้า

ปรากฏการณ์ของเรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้าถูกนำมาใช้ใน ไส้กรองไฟฟ้าประเภทต่างๆตัวอย่างเช่น หากจำเป็นต้องถอดส่วนประกอบปัจจุบันของความถี่หนึ่งออกจากสัญญาณที่ส่ง วงจรของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมจะถูกวางขนานกับตัวรับ เพื่อให้กระแสความถี่เรโซแนนซ์ของสิ่งนี้ วงจร LC จะถูกปิดและจะไปไม่ถึงเครื่องรับ

จากนั้นกระแสของความถี่ที่อยู่ไกลจากความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร LC จะผ่านเข้าไปในโหลดอย่างไม่จำกัด และเฉพาะกระแสที่ใกล้กับความถี่เรโซแนนซ์เท่านั้นที่จะหาเส้นทางที่สั้นที่สุดผ่านวงจร LC

หรือในทางกลับกัน. หากจำเป็นต้องผ่านกระแสความถี่ที่แน่นอนวงจร LC จะเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับเครื่องรับจากนั้นส่วนประกอบสัญญาณที่ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรจะส่งผ่านไปยังโหลดโดยแทบไม่สูญเสียและความถี่ ไกลจากเสียงสะท้อนจะลดลงอย่างมากและเราสามารถพูดได้ว่าพวกเขาจะไม่ถึงโหลดเลย หลักการนี้ใช้กับเครื่องรับวิทยุที่ปรับวงจรการสั่นที่ปรับได้เพื่อรับความถี่ที่กำหนดอย่างเคร่งครัดของสถานีวิทยุที่ต้องการ

โดยทั่วไป เรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้าในวิศวกรรมไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากทำให้เกิดแรงดันไฟเกินและอุปกรณ์เสียหาย

ตัวอย่างง่ายๆคือสายเคเบิลยาวซึ่งด้วยเหตุผลบางอย่างไม่ได้เชื่อมต่อกับโหลด แต่ในขณะเดียวกันก็ป้อนโดยหม้อแปลงระดับกลาง เส้นดังกล่าวที่มีความจุและตัวเหนี่ยวนำแบบกระจาย หากความถี่เรโซแนนซ์ตรงกับความถี่ของเครือข่ายอุปทาน ก็จะถูกตัดขาดและล้มเหลว เพื่อป้องกันความเสียหายของสายเคเบิลจากแรงดันเรโซแนนซ์โดยไม่ได้ตั้งใจ จะมีการโหลดเพิ่มเติม

แต่บางครั้งเรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้าก็เล่นอยู่ในมือของเรา ไม่ใช่แค่วิทยุ ตัวอย่างเช่น เกิดขึ้นในพื้นที่ชนบท แรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายลดลงอย่างไม่คาดคิด และเครื่องต้องการแรงดันไฟฟ้าอย่างน้อย 220 โวลต์ ในกรณีนี้จะช่วยประหยัดปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ของแรงดันไฟฟ้า

ก็เพียงพอแล้วที่จะรวมตัวเก็บประจุหลายตัวต่อเฟสในอนุกรมกับเครื่อง (หากไดรฟ์ในนั้นเป็นมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส) ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ขดลวดสเตเตอร์จะเพิ่มขึ้น

ที่นี่สิ่งสำคัญคือต้องเลือกจำนวนตัวเก็บประจุที่เหมาะสมเพื่อชดเชยแรงดันตกในเครือข่ายด้วยความต้านทานแบบ capacitive พร้อมกับความต้านทานแบบเหนี่ยวนำของขดลวดนั่นคือคุณสามารถเพิ่มการสั่นพ้องของวงจรได้เล็กน้อย แรงดันไฟตกแม้อยู่ในโหลด

การสั่นพ้องของกระแสน้ำ

เมื่อแหล่งกำเนิด EMF, ความจุ, ความเหนี่ยวนำและความต้านทานเชื่อมต่อแบบขนานกัน การสั่นพ้องในวงจรดังกล่าวจะเรียกว่าการสั่นพ้องแบบขนานหรือการสั่นพ้องในปัจจุบันลักษณะเฉพาะของการกำทอนในปัจจุบันคือกระแสที่มีนัยสำคัญผ่านความจุและความเหนี่ยวนำเมื่อเทียบกับกระแสไฟต้นทาง

เหตุผลที่ปรากฏของภาพดังกล่าวนั้นชัดเจน กระแสผ่านความต้านทานที่ใช้งานตามกฎของโอห์มจะเท่ากับ U / R, ผ่านความจุ U / XC, ผ่านตัวเหนี่ยวนำ U / XL และโดยการสร้างอัตราส่วนของ IL ต่อ I คุณสามารถหาค่าของปัจจัยคุณภาพได้ Q. กระแสที่ผ่านตัวเหนี่ยวนำจะเป็น Q คูณด้วยกระแสต้นทาง กระแสเดียวกันจะไหลทุกครึ่งคาบเข้าและออกจากตัวเก็บประจุ

นั่นคือการสั่นพ้องของกระแสนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกระแสผ่านองค์ประกอบปฏิกิริยาโดยปัจจัย Q และ EMF เรโซแนนซ์จะถูกจำกัดโดย EMF ของแหล่งกำเนิด ความต้านทานภายในและความต้านทานที่ใช้งานของวงจร R ดังนั้นที่ความถี่เรโซแนนซ์ความต้านทานของวงจรการสั่นแบบขนานจึงมีค่าสูงสุด

การประยุกต์ใช้กระแสพ้อง

เช่นเดียวกับเรโซแนนซ์ของแรงดันไฟฟ้า เรโซแนนซ์ปัจจุบันจะถูกใช้ในตัวกรองต่างๆ แต่ต่อกับวงจรวงจรขนานทำหน้าที่ตรงกันข้ามกับกรณีของอนุกรมที่ 1 คือ ติดตั้งขนานกับโหลด วงจรสั่นขนาน จะยอมให้กระแสความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรผ่านเข้าโหลด เนื่องจากความต้านทานของวงจรเองที่ความถี่เรโซแนนซ์ของมันเองนั้นมีค่าสูงสุด

ติดตั้งอนุกรมกับโหลด วงจรสั่นแบบขนานจะไม่ส่งสัญญาณความถี่เรโซแนนซ์ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจะตกลงบนวงจร และโหลดจะมีส่วนเล็ก ๆ ของสัญญาณความถี่เรโซแนนซ์

ดังนั้น การประยุกต์ใช้หลักในการกำทอนในปัจจุบันในวิศวกรรมวิทยุคือการสร้างความต้านทานขนาดใหญ่สำหรับกระแสความถี่หนึ่งๆ ในเครื่องกำเนิดหลอดและเครื่องขยายสัญญาณความถี่สูง

ในวิศวกรรมไฟฟ้า เสียงสะท้อนในปัจจุบันถูกใช้เพื่อให้ได้ตัวประกอบกำลังสูงของโหลดที่มีส่วนประกอบอุปนัยและคาปาซิทีฟที่สำคัญ

ตัวอย่างเช่น, หน่วยชดเชยพลังงานปฏิกิริยา (KRM) เป็นตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนานกับขดลวดของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสและหม้อแปลงที่ทำงานภายใต้โหลดที่ต่ำกว่าพิกัด

โซลูชันดังกล่าวใช้อย่างแม่นยำเพื่อให้เกิดการสั่นพ้องของกระแส (การสั่นพ้องแบบขนาน) เมื่อความต้านทานอุปนัยของอุปกรณ์เท่ากับความจุของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อที่ความถี่ของเครือข่าย เพื่อให้พลังงานปฏิกิริยาหมุนเวียนระหว่างตัวเก็บประจุ และอุปกรณ์ ไม่ใช่ระหว่างอุปกรณ์และเครือข่าย ดังนั้นกริดจะปล่อยพลังงานเฉพาะเมื่ออุปกรณ์ถูกชาร์จและใช้พลังงานที่ใช้งานอยู่เท่านั้น

เมื่ออุปกรณ์ไม่ทำงานเครือข่ายจะเชื่อมต่อแบบขนานกับวงจรเรโซแนนซ์ (ตัวเก็บประจุภายนอกและการเหนี่ยวนำของอุปกรณ์) ซึ่งแสดงถึงอิมพีแดนซ์ที่ซับซ้อนมากสำหรับเครือข่ายและช่วยลด ตัวประกอบกำลัง.