Д.З. Изучите конспект и ответьте на вопросы:
Электротехника.гр№6 ур№21
Тема программы: Электрические цепи переменного тока.
Тема урока: Резонанс в электрической цепи.
Цель урока: Рассмотреть условия резонанса в электрической цепи.
План.
Возникновение резонанса в электрической цепи
Резонанс напряжений
Резонанс токов через реактивные элементы
Применение явления резонанса
Содержание темы.
Начнём с основных определений.
Определение 1
Резонанс — это явление, при котором частота колебаний какой-либо системы увеличивается колебаниями внешней силы. Вынужденные колебания, источником которых является внешняя сила, увеличивают даже те колебания, амплитуда которых имеет довольно небольшие значения. Максимальный резонанс с наибольшей амплитудой возможен именно при совпадении частот внешнего воздействия и рассматриваемой системы. Примером резонанса является раскачивание моста ротой солдат. Частота шага солдат, являющаяся по отношению к мосту примером вынужденных колебаний, при этом синхронизирована и может совпасть с собственной частотой колебаний моста. В результате мост может разрушиться. Электрический резонанс в физике считается одним из распространенных в мире физических явлений, без которого было бы невозможным, например, телевидение и диагностика с помощью медицинских аппаратов. Одними из наиболее полезных видов резонанса в электрической цепи являются: резонанс токов; резонанс напряжений.
Возникновение резонанса в электрической цепи
|
|
|
Замечание 1 Возникновению резонанса в электрической цепи способствует резкое увеличение амплитуды стационарных собственных колебаний системы при условии совпадения частоты внешней стороны воздействия и соответствующей колебательной резонансной частоты системы. Схема RLC представляет электрическую цепь с соединенными последовательным или параллельным образом элементами (резистора, индуктора, конденсатора). Название RLC состоит из простых символов электрических элементов: сопротивления, емкости, индуктивности. Векторная диаграмма последовательной RLC-цепи представлена в одной из трех вариаций: емкостной; активной; индуктивной. В последней вариации резонанс напряжений возникает при условии нулевого сдвига фаз, и совпадении значений индуктивного и емкостного сопротивлений. Резонанс напряжений При последовательном соединении активного элемента r, емкостного С С и индуктивного L в цепях переменного тока может возникать такое физическое явление, как резонанс напряжений. Колебания источника напряжения в этом случае будут равны по частоте колебаниям контура. При этом известна как полезность (например, в радиотехнике) этого явления, так и негативные последствия (для электрических установок большой мощности), например, при резком скачке напряжения в системах возможно возникновение неисправности или даже пожара.
Резонанс напряжений обычно достигается тремя способами: подбором индуктивности катушки; подбором емкости конденсатора; подбором угловой частоты w0. При этом все значения емкости, частоты и индуктивности определяются с использованием формул: L0=1w2C C0=1w2L Частота w0 считается резонансной. При условии неизменности в цепи и напряжения, и активного сопротивления r, сила тока при резонансе напряжения в ней окажется максимальной и равной: Ur Это предполагает полную независимость силы тока от реактивного сопротивления цепи. В ситуации, когда реактивные сопротивления XC=XL по своему значению будут превосходить активное сопротивление r, на зажимах катушки и конденсатора появится напряжение, существенно превосходящее напряжение на зажимах цепи. Кратность превышения на зажимах емкостного и индуктивного элемента напряжения по отношению к сети определяется выражением: Q=Uc0U Величина Q характеризует резонансные свойства контура, называясь при этом добротностью контура. Также резонансные свойства характеризуются величиной 1Q, то есть — затуханием контура. Резонанс токов через реактивные элементы
Резонанс токов появляется в электроцепях цепях переменного тока при условии параллельного соединения ветвей с разнохарактерными реактивными сопротивлениями. В резонансном режиме токов реактивная индуктивная проводимость цепи будет равнозначной ее собственной реактивной емкостной проводимости, т.е. BL=BC. Колебания контура, частота которых имеет определённое значение, в данном случае совпадают по частоте с источником напряжения. Простейшей электроцепью, в которой мы наблюдаем резонанс токов, считается цепь с параллельным соединением конденсатора с катушкой индуктивности. Поскольку сопротивления реактивности равнозначны по модулю, амплитуды токов Ic и Iu будут одинаковыми и смогут достигать максимальной амплитуды. На основании первого закона Кирхгофа IR равен току источника. Ток источника, иными словами, протекает только через резистор. При рассмотрении отдельного параллельного контура LC, на резонансной частоте его сопротивление оказывается бесконечно большим: ZL=ZC. При установлении гармонического режима с резонансной частотой, в контуре наблюдается обеспечение источником установившейся определенной амплитуды колебаний, а мощность источника тока при этом расходуется исключительно на пополнение потерь в активном сопротивлении. Таким образом, у последовательной RLC цепи импеданс оказывается минимальным на резонансной частоте и равным активному сопротивлению контура. В то же время, у параллельной RLC цепи импеданс максимальный на резонансной частоте и считается равным сопротивлению утечки, фактически также активному сопротивлению контура. С целью обеспечения условий для резонанса силы тока или напряжения, требуется проверка электрической цепи для предопределения ее комплексного сопротивления или проводимости. Помимо этого, её мнимая часть должна приравниваться к нулю. Применение явления резонанса Хороший пример использования резонансного явления представляет электрический резонансный трансформатор, разработанный Николой Тесла ещё в 1891 году. Ученый проводил эксперименты на разных конфигурациях, состоящих в сочетании из двух, а зачастую и трех резонансных электроцепей. Замечание 2
Термин «катушки Теслы» применяют к высоковольтным резонансным трансформаторам. Устройства используют при получении высокого напряжения, частоты переменного тока.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обычный трансформатор необходим для эффективной передачи энергии с первичной на вторичную обмотку, резонансный используется для временного хранения электроэнергии. Устройство отвечает за управление воздушным сердечником настроенного резонансно трансформатора с целью получения высоких напряжений при малых значениях силы токов. Каждая обмотка обладает емкостью и функционирует в качестве резонансного контура. Для произведения наибольшего выходного напряжения первичный и вторичный контуры
П Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы:
Основные источники:
1. Китаев В.Е. Электротехника с основами промышленной электроники. Издание второе, переработанное и дополненное. Москва «Высшая школа», 1985
2. Гольгин А.Ф., Ильяшенко Л.А. Устройство и обслуживание электрооборудования промышленных предприятий, Москва «Высшая школа», 1986
3. Новиков П.Н., Толчеев О.В. Задачник по электротехнике, Москва, издательский центр «Академия», 2008
4. Ломоносов В.Ю., Поливанов К.М., Михайлов О.П. Электротехника, Москва, «Энергоатомиздат», 1990
5. Касаткин А.С. Основы электротехники, Москва «Высшая школа», 1986
Д.З. Изучите конспект и ответьте на вопросы:
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 68; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!