电压谐振

如果交流电路串联 电感器电容器, 然后它们以自己的方式影响发电机为电路供电以及电流和电压之间的相位连接。

电感器引入相移,其中电流滞后电压四分之一周期,而相反,电容器使电路中的电压滞后电流四分之一周期。因此,电感电阻对电路中电流和电压之间相移的影响与电容电阻的影响相反。

这导致电路中电流和电压之间的总相移取决于电感和电容电阻值的比率。

如果电路的容性电阻值大于感性电阻值,则电路本质上是容性的,即电压相位滞后于电流。相反,如果电路的感性电阻大于容性电阻,则电压超前电流,因此电路是感性的。

我们正在考虑的电路的总电抗 Xtot 是通过将线圈 XL 的感性电阻和电容器 XC 的容性电阻相加来确定的。

但由于这些电阻在电路中的作用是相反的,那么其中一个,即Xc,赋负号,总电抗由下式确定:

适用于该电路 欧姆定律,我们得到:

这个公式可以转化为:

在得到的等式中,AzxL — 电路总电压分量的有效值,它将克服电路的电感电阻,以及 AzNSC — 电路总电压分量的有效值,它将克服电容电阻。

因此,由线圈和电容器串联组成的电路的总电压可以认为由两项组成,其值取决于电感和电容电阻的值电路。

我们认为这样的电路没有有源电阻。但是,在电路的有源电阻不再小到可以忽略的情况下,电路的总电阻由下式确定:

其中 R 是电路的总有源电阻,XL -NSC — 它的总电抗。转到欧姆定律的公式,我们有权写:

电压谐振

交流电压谐振

与单独包含在电路中相比,串联连接的电感电阻和电容电阻在交流电路中引起的电流和电压之间的相移更小。

换句话说,由于电路中这两个不同性质的反应的同时作用,相移的补偿(相互破坏)发生了。

全额赔偿,即。当电感电阻等于电路的电容电阻时,即当 XL = XC 或 ωL = 1 / ωC 时,将完全消除此类电路中电流和电压之间的相移。

在这种情况下,电路将表现为纯有源电阻,也就是说,就好像它既没有线圈也没有电容器。该电阻值由线圈和连接线的有效电阻之和决定。在哪个 有效电流 在电路中将是最大的,由欧姆定律公式 I = U / R 确定,其中 Z 现在由 R 代替。

同时,作用在线圈上的电压 UL = AzxL 和电容器上的电压 Uc = AzNSCC 将相等并且将尽可能大。在电路有源电阻较低的情况下,这些电压可能会超过电路端子的总电压 U 很多倍。这种有趣的现象在电气工程中被称为电压谐振。

在图。图1为电路谐振电压下的电压、电流和功率曲线。

电压谐振时的电压电流和功率图

电压谐振时的电压电流和功率图

应该记住,电阻 XL 和 C 是取决于电流频率的变量,值得至少稍微改变其频率,例如,随着 XL = ωL 增加,XSC = = 1 /ωC 将减小,从而电路中的电压谐振将立即被扰动,同时随着有源电阻的增加,电路中将出现电抗。如果改变电路的电感值或电容值,也会发生同样的情况。

在电压谐振的情况下,电流源的功率将仅用于克服电路的有源电阻,即加热导线。

实际上,在单个电感线圈的电路中,会出现能量波动,即能量从发电机周期性转移到 磁场 线圈。在带有电容器的电路中,同样的事情也会发生,但这是因为电容器电场的能量。在具有电压谐振 (ХL = XС) 电容器和电感器的电路中,能量一旦被电路存储,就会周期性地从线圈传递到电容器,反之亦然,只有克服有源电阻所需的能量消耗该电路落在电流源的份额上。因此,电容器和线圈之间的能量交换几乎没有发电机的参与。

只需按值打破一个电压谐振,线圈的磁场能量如何变得不等于电容器的电场能量,并且在这些场之间的能量交换过程中,多余的能量将出现,它会周期性地从电路中的源流出,然后在电路中反馈给它。

这种现象与发条装置中发生的情况非常相似。如果不是因为摩擦力减慢了钟摆的运动速度,钟摆就能够在没有弹簧(或钟行走机构中的重物)的帮助下连续摆动。

弹簧通过在适当的时刻将其部分能量传递给摆锤,帮助其克服摩擦力,从而实现连续摆动。

类似地,在电路中,当电路中发生谐振时,电流源仅消耗其能量来克服电路的有源电阻,从而辅助电路中的振荡过程。

因此我们得出结论,由发电机和串联连接的电感器和电容器组成的交流电路在某些条件下 XL = XС 成为振荡系统......该电路被命名为振荡电路。

从等式 XL = XС 可以确定发生电压谐振现象的发电机频率值:

发生电压谐振电路的电容和电感的含义:

这样,改变eres、L和C这三个量中的任何一个,都有可能在电路中引起电压谐振,即使电路变成振荡电路。

电压谐振的一个有用应用示例:接收器的输入电路通过可变电容器(或变差计)进行调整,从而在其中发生电压谐振。与天线产生的电路电压相比,这实现了正常接收器操作所需的线圈电压的大幅增加。

随着电压谐振现象在电气工程中的有用利用,经常出现电压谐振有害的情况。与电压相比,电路各个部分(线圈或电容器上)的电压大幅增加发电机的损坏会导致单独部件和测量设备损坏。

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