전압 공진 및 전류 공진 적용

인덕턴스 L, 커패시턴스 C 및 저항 R의 발진 회로에서 자유 전기 발진은 약화되는 경향이 있습니다. 진동 감쇠를 방지하려면 주기적으로 회로에 에너지를 보충해야 합니다. 그러면 외부 변수 EMF가 이미 회로의 진동을 지원하기 때문에 약화되지 않는 강제 진동이 발생합니다.

발진이 주파수 f가 발진 회로 F의 공진 주파수에 매우 가까운 외부 고조파 EMF 소스에 의해 지원되는 경우 회로의 전기 발진 진폭 U가 급격히 증가합니다. 전기 공진 현상.

AC 회로 용량

먼저 AC 회로에서 커패시터 C의 동작을 고려해 보겠습니다.커패시터 C가 발전기에 연결되어 있고 단자의 전압 U가 고조파 법칙에 따라 변경되면 회로의 전류 I와 유사하게 커패시터 플레이트의 전하가 고조파 법칙에 따라 변경되기 시작합니다 . 커패시터의 커패시턴스가 클수록 커패시터에 적용되는 고조파 기전력의 주파수 f가 높을수록 전류 I가 커집니다.

이 사실은 소위 말하는 아이디어와 관련이 있습니다. 활성 저항 R과 유사하지만 활성 저항과 비교하여 전류를 제한하는 교류 회로에 도입되는 커패시터 XC의 커패시턴스 커패시터는 열의 형태로 에너지를 소산하지 않습니다.

능동 저항이 에너지를 소산하여 전류를 제한하는 경우 커패시터는 발전기가 1/4 기간에 제공할 수 있는 것보다 더 많은 전하를 저장할 시간이 없기 때문에 단순히 전류를 제한합니다. 커패시터는 유전체의 전기장에 축적된 에너지를 발전기로 다시 방출합니다. 즉, 전류는 제한되어 있지만 에너지는 소실되지 않습니다(와이어와 유전체의 손실은 무시합니다).

AC 인덕턴스

이제 AC 회로에서 인덕턴스 L의 동작을 고려하십시오.커패시터 대신 인덕턴스 L 코일이 발전기에 연결되면 발전기에서 코일 단자로 정현파 (고조파) EMF가 공급되면 자기 유도 EMF가 나타나기 시작합니다. 인덕턴스를 통과하는 전류가 변할 때 코일의 증가하는 자기장은 전류가 증가하는 것을 방지하는 경향이 있기 때문입니다(Lenz의 법칙). 즉, 코일은 전선 외에도 AC 회로에 유도 저항 XL을 도입하는 것처럼 보입니다. 저항 R.

주어진 코일의 인덕턴스가 클수록 발전기 전류의 주파수 F가 높을수록 자기 인덕턴스의 EMF가 코일이 간섭합니다. 그리고 분기마다 코일의 자기장에 저장된 에너지가 발전기로 반환됩니다(지금은 와이어의 손실을 무시합니다).

R을 고려한 임피던스

모든 실제 발진 회로에서 인덕턴스 L, 커패시턴스 C 및 능동 저항 R은 직렬로 연결됩니다.

인덕턴스와 커패시턴스는 소스의 고조파 EMF 기간의 각 분기마다 반대 방향으로 전류에 작용합니다. 커패시터 플레이트 충전하는 동안 전압이 증가합니다., 전류는 감소하지만 인덕턴스를 통해 전류가 증가함에 따라 전류는 유도 저항을 받지만 증가하고 유지됩니다.

그리고 방전 중 : 커패시터의 방전 전류는 초기에 크고 플레이트의 전압은 큰 전류를 설정하는 경향이 있으며 인덕턴스는 전류가 증가하는 것을 방지하고 인덕턴스가 클수록 방전 전류는 낮아집니다. 이 경우 능동 저항 R 순전히 능동 손실을 도입합니다.즉, 소스 주파수 f에서 직렬로 연결된 L, C 및 R의 임피던스 Z는 다음과 같습니다.

교류에 대한 옴의 법칙

교류에 대한 옴의 법칙에서 강제 진동의 진폭은 EMF의 진폭에 비례하고 주파수에 따라 달라진다는 것이 분명합니다. 주어진 주파수에서 유도 저항과 정전 용량이 서로 같다면 회로의 총 저항은 가장 작고 전류의 진폭은 가장 클 것입니다. 이 경우 공진이 발생합니다. 진동 회로의 공진 주파수에 대한 공식도 여기에서 파생됩니다.

전압 공진

EMF 소스, 커패시턴스, 인덕턴스 및 저항이 서로 직렬로 연결되면 이러한 회로의 공진을 직렬 공진 또는 전압 공진이라고합니다. 전압 공진의 특징은 소스의 EMF와 비교하여 커패시턴스 및 인덕턴스의 상당한 전압입니다.

그러한 그림이 나타나는 이유는 분명합니다. 활성 저항에서 옴의 법칙에 따라 전압 Ur, 커패시턴스 Uc, 인덕턴스 Ul에 있으며 Uc 대 Ur의 비율을 만든 후 품질 계수 Q의 값을 찾을 수 있습니다.커패시턴스 양단의 전압은 소스 EMF의 Q 배이며 동일한 전압이 인덕턴스에 적용됩니다.

즉, 전압 공진은 반응 요소의 전압을 Q 배로 증가시키고 공진 전류는 소스의 EMF, 내부 저항 및 회로 R의 활성 저항에 의해 제한됩니다. 따라서 , 공진 주파수에서 직렬 회로의 저항은 최소입니다.

전압 공진 적용

전압 공진 현상은 다음에서 사용됩니다. 다양한 유형의 전기 필터예를 들어, 전송된 신호에서 특정 주파수의 전류 성분을 제거해야 하는 경우 직렬로 연결된 커패시터와 인덕터의 회로를 수신기와 병렬로 배치하여 이의 공진 주파수 전류가 LC 회로는 이를 통해 닫히고 수신기에 도달하지 않습니다.

그런 다음 LC 회로의 공진 주파수에서 멀리 떨어진 주파수의 전류는 방해받지 않고 부하로 전달되고 주파수의 공진에 가까운 전류만 LC 회로를 통해 최단 경로를 찾습니다.

혹은 그 반대로도. 특정 주파수의 전류 만 통과 해야하는 경우 LC 회로가 수신기와 직렬로 연결되면 회로의 공진 주파수의 신호 구성 요소가 거의 손실없이 부하로 전달되고 주파수 공진에서 멀리 떨어져 있으면 크게 약해지고 부하에 전혀 도달하지 않는다고 말할 수 있습니다. 이 원리는 조정 가능한 발진 회로가 원하는 라디오 방송국의 엄격하게 정의된 주파수를 수신하도록 조정되는 라디오 수신기에 적용할 수 있습니다.

일반적으로 전기공학에서 전압 공진은 과전압 및 장비 손상을 유발하기 때문에 바람직하지 않은 현상입니다.

간단한 예는 어떤 이유로 부하에 연결되지 않은 것으로 판명되었지만 동시에 중간 변압기에 의해 공급되는 긴 케이블 라인입니다. 커패시턴스와 인덕턴스가 분산된 이러한 라인은 공진 주파수가 공급 네트워크의 주파수와 일치하는 경우 단순히 차단되고 실패합니다. 우발적인 공진 전압으로 인한 케이블 손상을 방지하기 위해 추가 부하가 적용됩니다.

그러나 때로는 전압 공명이 라디오뿐만 아니라 우리 손에 영향을 미칩니다. 예를 들어 시골 지역에서는 네트워크의 전압이 예기치 않게 떨어지고 기계에 최소 220볼트의 전압이 필요합니다. 이 경우 전압 공진 현상이 저장됩니다.

기계와 직렬로 위상당 여러 커패시터를 포함하는 것으로 충분하므로(드라이브가 비동기식 모터인 경우) 고정자 권선의 전압이 상승합니다.

여기에서 권선의 유도 저항과 함께 용량 저항으로 네트워크의 전압 강하를 정확히 보상하도록 올바른 수의 커패시터를 선택하는 것이 중요합니다. 즉, 공진에 대한 회로에 약간 접근하여 증가시킬 수 있습니다 부하 상태에서도 전압 강하.

전류의 공명

EMF 소스, 커패시턴스, 인덕턴스 및 저항이 서로 병렬로 연결되면 이러한 회로의 공진을 병렬 공진 또는 전류 공진이라고합니다.전류 공진의 특징은 소스 전류에 비해 커패시턴스와 인덕턴스를 통한 상당한 전류입니다.

그러한 그림이 나타나는 이유는 분명합니다. 옴의 법칙에 따른 능동 저항을 통과하는 전류는 커패시턴스 U / XC, 인덕턴스 U / XL을 통해 U / R과 같으며 IL 대 I의 비율을 구성하여 품질 계수의 값을 찾을 수 있습니다. Q. 인덕턴스를 통과하는 전류는 소스 전류의 Q배가 되며, 동일한 전류가 반 주기마다 커패시터 안팎으로 흐릅니다.

즉, 전류의 공진은 반응 요소를 통한 전류를 Q 배로 증가시키고 공진 EMF는 소스의 기전력, 내부 저항 및 회로 R의 활성 저항에 의해 제한됩니다. 따라서 공진 주파수에서 병렬 발진 회로의 저항은 최대가 된다.

공진 전류의 적용

전압 공진과 마찬가지로 전류 공진은 다양한 필터에 사용됩니다. 그러나 회로에 연결되면 병렬 회로는 직렬 회로의 경우와 반대 방식으로 작동합니다. 부하와 병렬로 설치되면 병렬 발진 회로는 회로의 공진 주파수 전류가 부하로 전달되도록 합니다. , 자체 공진 주파수에서 회로 자체의 저항이 최대이기 때문입니다.

부하와 직렬로 설치하면 병렬 발진 회로는 모든 전압이 회로에 떨어지기 때문에 공진 주파수 신호를 전송하지 않으며 부하에는 공진 주파수 신호의 작은 부분이 있습니다.

따라서 무선 공학에서 전류 공진의 주요 적용은 튜브 발생기 및 고주파 증폭기에서 특정 주파수의 전류에 대해 큰 저항을 생성하는 것입니다.

전기 공학에서 전류 공진은 중요한 유도성 및 용량성 구성 요소가 있는 부하의 높은 역률을 달성하는 데 사용됩니다.

예를 들어, 무효 전력 보상 장치(KRM) 정격 이하의 부하에서 작동하는 비동기 모터 및 변압기의 권선과 병렬로 연결된 커패시터입니다.

이러한 솔루션은 장비의 유도 저항이 네트워크 주파수에서 연결된 커패시터의 용량과 같을 때 전류의 공진(병렬 공진)을 달성하기 위해 정확하게 사용되어 무효 에너지가 커패시터 사이에서 순환합니다. 장비와 네트워크 사이가 아니라 장비와 장비; 따라서 그리드는 장비가 충전되고 유효 전력을 소비할 때만 전력을 방출합니다.

장비가 작동하지 않을 때 네트워크는 공진 회로(장비의 외부 커패시터 및 인덕턴스)와 병렬로 연결되어 네트워크에 대한 매우 큰 복합 임피던스를 나타내고 감소시킬 수 있습니다. 역률.