व्होल्टेज अनुनाद आणि वर्तमान अनुनाद अनुप्रयोग

इंडक्टन्स L, कॅपेसिटन्स C आणि रेझिस्टन्स R च्या दोलन सर्किटमध्ये, मुक्त विद्युत दोलन ओलसर होतात. दोलनांना ओलसर होण्यापासून रोखण्यासाठी, सर्किटला वेळोवेळी उर्जेने भरून काढणे आवश्यक आहे, नंतर सक्तीचे दोलन होतील, जे कमकुवत होणार नाहीत, कारण बाह्य व्हेरिएबल ईएमएफ आधीच सर्किटमधील दोलनांना समर्थन देईल.

जर दोलनांना बाह्य हार्मोनिक ईएमएफच्या स्त्रोताद्वारे समर्थन दिले जाते, ज्याची वारंवारता f दोलन सर्किट F च्या रेझोनंट वारंवारतेच्या अगदी जवळ असेल, तर सर्किटमधील विद्युत दोलन U चे मोठेपणा झपाट्याने वाढेल, म्हणजे. इलेक्ट्रिकल रेझोनान्सची घटना.

एसी सर्किट क्षमता

प्रथम AC सर्किटमधील कॅपेसिटर C चे वर्तन विचारात घेऊ.जर कॅपेसिटर C जनरेटरशी जोडलेला असेल, तर टर्मिनल्सवरील U व्होल्टेज हार्मोनिक कायद्यानुसार बदलतो, तर कॅपेसिटर प्लेट्सवरील चार्ज हार्मोनिक कायद्यानुसार बदलू लागतो, सर्किटमधील वर्तमान I प्रमाणेच. . कॅपेसिटरची कॅपॅसिटन्स जितकी जास्त असेल आणि त्यावर लावलेल्या हार्मोनिक emf ची वारंवारता f जितकी जास्त असेल तितका वर्तमान I.

ही वस्तुस्थिती तथाकथित कल्पनेशी संबंधित आहे कॅपेसिटर XC ची कॅपेसिटन्स, जी तो पर्यायी वर्तमान सर्किटमध्ये प्रवेश करते, वर्तमान मर्यादित करते, सक्रिय प्रतिकार R प्रमाणेच, परंतु सक्रिय प्रतिकाराच्या तुलनेत, कॅपेसिटर उष्णतेच्या रूपात ऊर्जा नष्ट करत नाही.

जर सक्रिय प्रतिकार शक्तीचा विघटन करत असेल आणि अशा प्रकारे विद्युत् प्रवाह मर्यादित करेल, तर कॅपेसिटर विद्युत् प्रवाह मर्यादित करतो कारण जनरेटर एका चतुर्थांश कालावधीत देऊ शकतो त्यापेक्षा जास्त चार्ज ठेवण्यासाठी वेळ नाही, शिवाय, कालावधीच्या पुढील तिमाहीत, कॅपेसिटर त्याच्या डायलेक्ट्रिकच्या इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये जमा झालेली उर्जा जनरेटरकडे परत सोडतो, म्हणजे, जरी विद्युत प्रवाह मर्यादित असला तरी उर्जा नष्ट होत नाही (आम्ही वायर आणि डायलेक्ट्रिकमधील नुकसानाकडे दुर्लक्ष करू).

एसी इंडक्टन्स

आता AC सर्किटमध्ये इंडक्टन्स L चे वर्तन विचारात घ्या.जर, कॅपेसिटरऐवजी, इंडक्टन्स एलची कॉइल जनरेटरशी जोडली गेली असेल, तर जेव्हा जनरेटरमधून कॉइलच्या टर्मिनल्सना साइनसॉइडल (हार्मोनिक) EMF पुरवले जाते, तेव्हा ते सेल्फ-इंडक्शनचा EMF दिसू लागेल, कारण जेव्हा इंडक्टन्सद्वारे विद्युत् प्रवाह बदलतो, तेव्हा कॉइलचे वाढते चुंबकीय क्षेत्र विद्युत् प्रवाह वाढण्यापासून प्रतिबंधित करते (लेन्झचा नियम), म्हणजेच, कॉइल AC सर्किटमध्ये एक प्रेरक प्रतिरोधक XL समाविष्ट करते - वायर व्यतिरिक्त. प्रतिकार आर.

दिलेल्या कॉइलचा इंडक्टन्स जितका जास्त असेल आणि जनरेटर करंटची फ्रिक्वेंसी एफ जितकी जास्त असेल तितकी प्रेरक प्रतिरोध XL जास्त असेल आणि करंट I जितका लहान असेल तितकाच विद्युतप्रवाह स्थिर व्हायला वेळ नसतो कारण सेल्फ-इंडक्टन्सचा ईएमएफ कॉइल त्यात हस्तक्षेप करते. आणि कालावधीच्या प्रत्येक चतुर्थांश, कॉइलच्या चुंबकीय क्षेत्रात साठवलेली ऊर्जा जनरेटरला परत केली जाते (आम्ही सध्या तारांमधील नुकसानाकडे दुर्लक्ष करू).

प्रतिबाधा, R विचारात घेऊन

कोणत्याही रिअल ऑसीलेटिंग सर्किटमध्ये, इंडक्टन्स L, कॅपॅसिटन्स C आणि सक्रिय रेझिस्टन्स R मालिकेत जोडलेले असतात.

स्त्रोताच्या हार्मोनिक ईएमएफच्या कालावधीच्या प्रत्येक तिमाहीत इंडक्टन्स आणि कॅपेसिटन्स विद्युत् प्रवाहावर उलट मार्गाने कार्य करतात: कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवर चार्जिंग दरम्यान व्होल्टेज वाढते, जरी विद्युत् प्रवाह कमी होत गेला आणि इंडक्टन्सद्वारे प्रवाह वाढला तरी, विद्युत् प्रवाह, जरी प्रेरक प्रतिकार अनुभवतो, परंतु वाढतो आणि राखला जातो.

आणि डिस्चार्ज दरम्यान: कॅपेसिटरचा डिस्चार्ज करंट सुरुवातीला मोठा असतो, त्याच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेज मोठ्या प्रवाहाची स्थापना करतो आणि इंडक्टन्स वर्तमान वाढण्यास प्रतिबंधित करते आणि इंडक्टन्स जितका जास्त असेल तितका डिस्चार्ज करंट कमी असेल. या प्रकरणात, सक्रिय प्रतिकार R पूर्णपणे सक्रिय तोटा सादर करतो. म्हणजेच, सीरीजमध्ये जोडलेले L, C आणि R चे प्रतिबाधा Z, स्त्रोत वारंवारता f वर, समान असेल:

पर्यायी प्रवाहासाठी ओमचा नियम

ऑल्टरनेटिंग करंटसाठी ओमच्या नियमावरून, हे स्पष्ट आहे की सक्तीच्या दोलनांचे मोठेपणा EMF च्या मोठेपणाच्या प्रमाणात असते आणि ते वारंवारतेवर अवलंबून असते. सर्किटचा एकूण प्रतिकार सर्वात लहान असेल आणि विद्युत् प्रवाहाचे मोठेपणा सर्वात मोठे असेल, जर दिलेल्या वारंवारतेवर प्रेरक प्रतिरोध आणि कॅपॅसिटन्स एकमेकांशी समान असतील, अशा परिस्थितीत अनुनाद होईल. ऑसीलेटिंग सर्किटच्या रेझोनंट फ्रिक्वेंसीसाठी एक सूत्र देखील येथून प्राप्त केले आहे:

व्होल्टेज अनुनाद

जेव्हा EMF स्त्रोत, कॅपॅसिटन्स, इंडक्टन्स आणि रेझिस्टन्स एकमेकांशी मालिकेत जोडलेले असतात, तेव्हा अशा सर्किटमधील रेझोनान्सला मालिका अनुनाद किंवा व्होल्टेज रेझोनान्स म्हणतात. व्होल्टेज रेझोनान्सचे वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्य म्हणजे स्त्रोताच्या ईएमएफच्या तुलनेत कॅपेसिटन्स आणि इंडक्टन्सवरील महत्त्वपूर्ण व्होल्टेज.

असे चित्र दिसण्याचे कारण स्पष्ट आहे. सक्रिय प्रतिकारावर, ओहमच्या नियमानुसार, कॅपॅसिटन्स Uc वर, इंडक्टन्स Ul वर एक व्होल्टेज Ur असेल आणि Uc ते Ur चे गुणोत्तर बनवल्यानंतर, आपण गुणवत्ता घटक Q चे मूल्य शोधू शकतो.कॅपॅसिटन्समधील व्होल्टेज स्त्रोत EMF च्या Q पट असेल, समान व्होल्टेज इंडक्टन्सवर लागू केले जाईल.

म्हणजेच, व्होल्टेज रेझोनान्समुळे प्रतिक्रियाशील घटकांवरील व्होल्टेजमध्ये Q च्या घटकाने वाढ होते आणि रेझोनंट करंट स्त्रोताच्या EMF, त्याचा अंतर्गत प्रतिकार आणि सर्किट R च्या सक्रिय प्रतिकाराद्वारे मर्यादित असेल. , रेझोनंट फ्रिक्वेंसीवर मालिका सर्किटचा प्रतिकार कमी आहे.

व्होल्टेज रेझोनान्स लागू करा

मध्ये व्होल्टेज रेझोनान्सची घटना वापरली जाते विविध प्रकारचे इलेक्ट्रिकल फिल्टर, उदाहरणार्थ, प्रसारित सिग्नलमधून विशिष्ट वारंवारतेचा वर्तमान घटक काढून टाकणे आवश्यक असल्यास, कॅपेसिटरचे सर्किट आणि मालिकेत जोडलेले एक इंडक्टर रिसीव्हरच्या समांतर ठेवले जाते, जेणेकरून याचा अनुनाद वारंवारता प्रवाह त्याद्वारे एलसी सर्किट बंद केले जाईल आणि ते रिसीव्हरपर्यंत पोहोचणार नाहीत.

नंतर LC-सर्किटच्या रेझोनंट फ्रिक्वेंसीपासून दूर असलेल्या फ्रिक्वेन्सीचे प्रवाह भारामध्ये विना अडथळा पार होतील आणि केवळ वारंवारतामधील रेझोनान्सच्या जवळ असलेले प्रवाहच एलसी-सर्किटमधून सर्वात लहान मार्ग शोधतील.

किंवा या उलट. जर एखाद्या विशिष्ट फ्रिक्वेन्सीचा फक्त प्रवाह पास करणे आवश्यक असेल, तर एलसी-सर्किट रिसीव्हरसह मालिकेत जोडलेले असेल, तर सर्किटच्या रेझोनान्स फ्रिक्वेन्सीवरील सिग्नल घटक जवळजवळ न गमावता लोडकडे जातील आणि फ्रिक्वेन्सी रेझोनान्सपासून दूर लक्षणीय कमकुवत होईल आणि आम्ही असे म्हणू शकतो की ते लोडपर्यंत पोहोचणार नाहीत. हे तत्त्व रेडिओ रिसीव्हर्सना लागू आहे जेथे इच्छित रेडिओ स्टेशनची काटेकोरपणे परिभाषित वारंवारता प्राप्त करण्यासाठी ट्यून करण्यायोग्य ऑसीलेटिंग सर्किट ट्यून केले जाते.

सर्वसाधारणपणे, विद्युत अभियांत्रिकीमध्ये व्होल्टेज अनुनाद ही एक अवांछित घटना आहे कारण यामुळे ओव्हरव्होल्टेज आणि उपकरणांचे नुकसान होते.

एक साधे उदाहरण म्हणजे एक लांब केबल लाइन, जी काही कारणास्तव लोडशी कनेक्ट केलेली नाही, परंतु त्याच वेळी ते इंटरमीडिएट ट्रान्सफॉर्मरद्वारे दिले जाते. वितरीत कॅपॅसिटन्स आणि इंडक्टन्स असलेली अशी ओळ, जर तिची रेझोनंट वारंवारता पुरवठा नेटवर्कच्या वारंवारतेशी जुळत असेल, तर ती कापली जाईल आणि अयशस्वी होईल. अपघाती रेझोनंट व्होल्टेजपासून केबलचे नुकसान टाळण्यासाठी, अतिरिक्त भार लागू केला जातो.

परंतु काहीवेळा व्होल्टेज रेझोनान्स केवळ रेडिओच नव्हे तर आपल्या हातात खेळतात. उदाहरणार्थ, असे घडते की ग्रामीण भागात नेटवर्कमधील व्होल्टेज अप्रत्याशितपणे कमी झाले आहे आणि मशीनला कमीतकमी 220 व्होल्टचे व्होल्टेज आवश्यक आहे. या प्रकरणात, व्होल्टेज रेझोनान्सची घटना वाचवते.

मशीनसह मालिकेतील प्रत्येक टप्प्यात अनेक कॅपेसिटर समाविष्ट करणे पुरेसे आहे (जर त्यातील ड्राइव्ह एसिंक्रोनस मोटर असेल), आणि अशा प्रकारे स्टेटर विंडिंग्सवरील व्होल्टेज वाढेल.

येथे कॅपॅसिटरची योग्य संख्या निवडणे महत्वाचे आहे जेणेकरून ते नेटवर्कमधील व्होल्टेज ड्रॉपची तंतोतंत भरपाई करतील त्यांच्या कॅपॅसिटिव्ह प्रतिरोधासह विंडिंग्सच्या प्रेरक प्रतिरोधासह, म्हणजेच, अनुनाद करण्यासाठी सर्किटच्या किंचित जवळ जाऊन, आपण वाढवू शकता. लोड अंतर्गत देखील व्होल्टेज ड्रॉप.

प्रवाहांचा अनुनाद

जेव्हा EMF स्त्रोत, कॅपॅसिटन्स, इंडक्टन्स आणि रेझिस्टन्स एकमेकांशी समांतर जोडलेले असतात, तेव्हा अशा सर्किटमधील रेझोनान्सला समांतर रेझोनान्स किंवा वर्तमान अनुनाद म्हणतात.करंट रेझोनान्सचे वैशिष्ट्य म्हणजे कॅपॅसिटन्स आणि इंडक्टन्सद्वारे स्त्रोत प्रवाहाच्या तुलनेत महत्त्वपूर्ण प्रवाह.

असे चित्र दिसण्याचे कारण स्पष्ट आहे. ओहमच्या नियमानुसार सक्रिय प्रतिकाराद्वारे प्रवाह U / R च्या बरोबरीचा असेल, कॅपॅसिटन्स U / XC द्वारे, इंडक्टन्स U / XL द्वारे आणि IL ते I चे गुणोत्तर तयार करून, आपण गुणवत्ता घटकाचे मूल्य शोधू शकता. प्र. इंडक्टन्समधून येणारा प्रवाह हा स्त्रोत प्रवाहाच्या Q पट असेल, प्रत्येक अर्ध्या कालावधीत तोच प्रवाह कॅपेसिटरमध्ये आणि बाहेर जाईल.

म्हणजेच, प्रवाहांच्या अनुनादामुळे प्रतिक्रियाशील घटकांद्वारे विद्युत् प्रवाहात Q च्या घटकाद्वारे वाढ होते आणि रेझोनंट EMF स्त्रोताच्या emf, त्याचा अंतर्गत प्रतिकार आणि सर्किट R च्या सक्रिय प्रतिकाराने मर्यादित असेल. अशा प्रकारे, रेझोनान्स फ्रिक्वेंसीवर, समांतर दोलन सर्किटचा प्रतिकार जास्तीत जास्त असतो.

रेझोनंट प्रवाहांचा वापर

व्होल्टेज रेझोनान्सप्रमाणे, वर्तमान अनुनाद विविध फिल्टरमध्ये वापरला जातो. परंतु सर्किटशी जोडलेले, समांतर सर्किट मालिका एकच्या बाबतीत उलट पद्धतीने कार्य करते: लोडच्या समांतर स्थापित, समांतर दोलन सर्किट सर्किटच्या रेझोनंट फ्रिक्वेन्सीचा प्रवाह लोडमध्ये जाऊ देईल. , कारण सर्किटचा स्वतःचा रेझोनंट फ्रिक्वेंसीवरील प्रतिकार जास्तीत जास्त असतो.

लोडसह मालिकेत स्थापित केलेले, समांतर दोलन सर्किट रेझोनंट फ्रिक्वेंसी सिग्नल प्रसारित करणार नाही, कारण सर्व व्होल्टेज सर्किटवर पडतील आणि लोडमध्ये रेझोनंट वारंवारता सिग्नलचा एक छोटासा भाग असेल.

तर, रेडिओ अभियांत्रिकीमध्ये करंट रेझोनान्सचा मुख्य उपयोग म्हणजे ट्यूब जनरेटर आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी अॅम्प्लिफायर्समध्ये विशिष्ट वारंवारतेच्या विद्युत् प्रवाहासाठी मोठा प्रतिकार निर्माण करणे.

विद्युत अभियांत्रिकीमध्ये, वर्तमान अनुनाद महत्त्वपूर्ण प्रेरक आणि कॅपेसिटिव्ह घटकांसह लोडचे उच्च पॉवर घटक प्राप्त करण्यासाठी वापरले जाते.

उदाहरणार्थ, रिऍक्टिव पॉवर कॉम्पेन्सेशन युनिट्स (KRM) असिंक्रोनस मोटर्स आणि ट्रान्सफॉर्मर्सच्या विंडिंगशी समांतर जोडलेले कॅपेसिटर आहेत जे रेट केलेल्या खाली लोड अंतर्गत कार्यरत आहेत.

विद्युत् प्रवाहांचा अनुनाद (समांतर अनुनाद) साध्य करण्यासाठी अशा सोल्यूशन्सचा अवलंब केला जातो, जेव्हा उपकरणांचा प्रेरक प्रतिरोध नेटवर्कच्या वारंवारतेवर कनेक्ट केलेल्या कॅपेसिटरच्या क्षमतेइतका असतो, जेणेकरून प्रतिक्रियाशील ऊर्जा कॅपेसिटरमध्ये फिरते. आणि उपकरणे, आणि उपकरणे आणि नेटवर्क दरम्यान नाही; त्यामुळे जेव्हा उपकरणे चार्ज केली जातात आणि सक्रिय उर्जा वापरते तेव्हाच ग्रिड उर्जा उत्सर्जित करते.

जेव्हा उपकरणे कार्य करत नाहीत, तेव्हा नेटवर्क रेझोनंट सर्किट (बाह्य कॅपेसिटर आणि उपकरणांचे इंडक्टन्स) सह समांतर जोडलेले असल्याचे दिसून येते, जे नेटवर्कसाठी खूप मोठ्या जटिल प्रतिबाधाचे प्रतिनिधित्व करते आणि कमी करण्यास अनुमती देते. शक्ती घटक.