การเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสสลับ. ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และคอยล์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

หากตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสตรง วงจรดังกล่าวจะเปิดขึ้น เนื่องจากแผ่นตัวเก็บประจุถูกแยกออกจากกันด้วยอิเล็กทริก และไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร มิฉะนั้นจะเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสสลับสามารถไหลในวงจรได้หากมีตัวเก็บประจุอยู่ นี่ไม่ได้เกิดจากการที่ประจุสามารถเคลื่อนที่ระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุได้อย่างกะทันหัน ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับตัวเก็บประจุซึ่งรวมอยู่ในนั้นจะชาร์จและคายประจุเป็นระยะเนื่องจากการกระทำของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

พิจารณาวงจรในรูปที่ 1 ซึ่งรวมถึงตัวเก็บประจุด้วย เราจะถือว่าความต้านทานของสายไฟและแผ่นของตัวเก็บประจุไม่มีนัยสำคัญ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะเปลี่ยนแปลงไปตามกฎฮาร์มอนิก:

ตามคำนิยาม ความจุของตัวเก็บประจุคือ:

ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุคือ:

จากการแสดงออก (3) เห็นได้ชัดว่าประจุบนตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนตามกฎฮาร์มอนิก:

ความแรงในปัจจุบันคือ:

เมื่อเปรียบเทียบกฎของความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าต่อตัวเก็บประจุและความแรงของกระแส เราจะเห็นว่าความผันผวนของกระแสอยู่เหนือแรงดันไฟฟ้าโดย ข้อเท็จจริงนี้สะท้อนให้เห็นถึงความจริงที่ว่าในขณะที่ตัวเก็บประจุเริ่มชาร์จกระแสในวงจรจะสูงสุดเมื่อแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงจุดสูงสุด กระแสไฟฟ้าจะลดลงเหลือศูนย์

ในช่วงเวลาที่ประจุตัวเก็บประจุจนเต็มแรงดันไฟฟ้าสูงสุด พลังงานที่เข้าสู่วงจรจะถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุในรูปของพลังงานสนามไฟฟ้า ในช่วงไตรมาสถัดไป พลังงานนี้กลับเข้าสู่วงจรเมื่อตัวเก็บประจุคลายประจุ

แอมพลิจูดของกระแส () ตามนิพจน์ (5) เท่ากับ:

ความจุของตัวเก็บประจุ

ปริมาณทางกายภาพเท่ากับผลคูณผกผันของความถี่ไซคลิกและความจุของตัวเก็บประจุเรียกว่าความจุ ():

บทบาทของความจุนั้นเปรียบได้กับบทบาทของความต้านทานแบบแอคทีฟ (R) ในกฎของโอห์ม:

ค่าแอมพลิจูดของกระแสอยู่ที่ไหน - แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้า สำหรับความจุไฟฟ้า ค่ากระแสที่มีประสิทธิภาพมีความสัมพันธ์กับค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพคล้ายกับนิพจน์ (8) (เป็นกระแสและแรงดันไฟฟ้าสำหรับกระแสตรง):

จาก (9) พวกเขาบอกว่าความต้านทานของตัวเก็บประจุต่อกระแสสลับ

เมื่อความจุของตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้น กระแสการชาร์จจะเพิ่มขึ้น แม้ว่าความต้านทานของตัวเก็บประจุต่อกระแสตรงจะมีค่ามากเป็นอนันต์ (ในกรณีที่เหมาะ) ความจุไฟฟ้าก็มีจำกัด ด้วยความจุที่เพิ่มขึ้นและ (หรือ) ความถี่ก็ลดลง

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย	หากคุณใช้ตัวเก็บประจุสามตัวที่มีความจุ C F แต่ละตัวให้เชื่อมต่อแบบขนานเชื่อมต่อกับเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้า 220 V การเชื่อมต่อดังกล่าวจะใช้พลังงานไฟฟ้าเท่าใดหากไม่ได้รับความต้านทานของสายไฟและแผ่นตัวเก็บประจุ เข้าบัญชี?
สารละลาย	แรงดันไฟฟ้าบนแผ่นตัวเก็บประจุจะล่าช้ากว่ากระแสในเฟสโดย ควรเข้าใจสิ่งนี้ด้วยวิธีนี้: จนกว่ากระแสจะไหลผ่านตัวเก็บประจุจะไม่มีค่าใช้จ่ายบนเพลตและดังนั้นความต่างศักย์ (แรงดันไฟฟ้า) ระหว่างเพลตจึงเป็นศูนย์ ไฟ AC (P) เท่ากับ: ด้วยความแตกต่างของเฟส กำลังจะเป็นศูนย์ ตัวเก็บประจุเป็นองค์ประกอบที่เกิดปฏิกิริยาของวงจรและไม่ใช้พลังงานไฟฟ้า ในช่วงครึ่งรอบด้านบวก จะสะสมพลังงานไฟฟ้า (ประจุ) ในช่วงครึ่งรอบด้านลบ ตัวเก็บประจุจะปล่อยพลังงานไปยังเครือข่าย (คายประจุ)
คำตอบ	ตามหลักการแล้ว การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุจะไม่ใช้พลังงานไฟฟ้า

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	ตัวเก็บประจุใดที่ควรรวมอยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับหากแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายคือ UВ ความแรงของกระแสคือ I A และความถี่ของการแกว่งในเครือข่ายคือ Hz
สารละลาย	พื้นฐานในการแก้ปัญหาคือนิพจน์:

แนวคิดเกี่ยวกับวงจรแม่เหล็ก สนามแม่เหล็ก F. นอกจากนี้แม่เหล็ก...
(ทฤษฎีวงจรไฟฟ้า)

ความต้านทานแบบแอคทีฟในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

หากแรงดันไฟฟ้าในวงจร (รูปที่ 5.13 ก) เปลี่ยนแปลงไปตามกฎโคไซน์ ยู = L/mcoscot จากนั้นกระแสจะไหลผ่านตัวต้านทาน: โดยที่ เอิ่ม- ค่าแอมพลิจูดของแรงดันและกระแส (/,„ = เอิ่ม/ร); ร- ความต้านทานแบบแอคทีฟ ค่ากระแสที่มีประสิทธิผล: กำลังไฟฟ้าทันที...
(ฟิสิกส์)

ยู = ยู ฉัน เอ็กซ์/=กับ ล
(ฟิสิกส์)

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของความต้านทานแบบแอกทีฟ ตัวเหนี่ยวนำ และความจุไฟฟ้า สามเหลี่ยมของแนวต้าน

ข้าว. 3.31 โดยทั่วไป วงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบไม่แยกส่วนประกอบด้วยรีโอสแตต ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำต่ออนุกรมกัน พารามิเตอร์ขององค์ประกอบเหล่านี้ กรัม, ส, ลแสดงในวงจรสมมูลดังแสดงในรูป 3.31. ให้เราสร้างความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ใช้...
(วิศวกรรมไฟฟ้าทั่วไป)

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีการเชื่อมต่อแบบขนานของความต้านทานแบบแอคทีฟ ตัวเหนี่ยวนำ และความจุ

ข้าว. 3.51 ในบางกรณี แนะนำให้พรรณนาสาขาจริงของวงจรไฟฟ้าในวงจรที่เทียบเท่ากันในรูปแบบของการเชื่อมต่อแบบขนานขององค์ประกอบ r ล, กับ(รูปที่ 3.51) ให้เราพิจารณาลักษณะรูปแบบพื้นฐานของการรวมกันขององค์ประกอบดังกล่าว ก่อนอื่นมาแนะนำแนวคิดบางประการ:...
(วิศวกรรมไฟฟ้าทั่วไป)

แนวคิดเกี่ยวกับวงจรแม่เหล็ก ขดลวดกับเหล็กในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

แนวคิดเกี่ยวกับวงจรแม่เหล็กเป็นที่ทราบกันว่าสนามแม่เหล็ก (ของแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กไฟฟ้า หรือตัวนำไฟฟ้าเดี่ยวที่มีกระแสไฟฟ้า) ดูเหมือนจะประกอบด้วยเส้นแรงแม่เหล็กหลายเส้น เซตของเส้นเหล่านี้ที่เจาะทะลุระนาบเรียกว่า สนามแม่เหล็ก F. นอกจากนี้แม่เหล็ก...
(ทฤษฎีวงจรไฟฟ้า)

ตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

หากแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายไปที่ปลายส่วนวงจร (รูปที่ 5.13, b) มีค่าเท่ากับ ยู = ยู mcos cot จากนั้นกระแสจะไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ: โดยที่ ฉัน= l/m/(coL) - ค่าแอมพลิจูดของกระแส ค่าปัจจุบันที่มีประสิทธิผล: ขนาด เอ็กซ์/=กับ ลเรียกว่าปฏิกิริยาอินดัคทีฟ...
(ฟิสิกส์)

วงจรการสั่นเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อสร้าง (สร้าง) การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า ตั้งแต่การสร้างสรรค์จนถึงปัจจุบัน ได้มีการนำไปใช้ในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหลายด้าน ตั้งแต่ชีวิตประจำวันไปจนถึงโรงงานขนาดใหญ่ที่ผลิตผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย

ประกอบด้วยอะไรบ้าง?

วงจรการสั่นประกอบด้วยขดลวดและตัวเก็บประจุ นอกจากนี้ ยังอาจมีตัวต้านทาน (องค์ประกอบที่มีความต้านทานผันแปร) ตัวเหนี่ยวนำ (หรือโซลินอยด์ตามที่บางครั้งเรียกว่า) เป็นแท่งที่มีการพันขดลวดหลายชั้นซึ่งมักจะเป็นลวดทองแดง เป็นองค์ประกอบนี้ที่สร้างการสั่นในวงจรออสซิลเลเตอร์ แกนที่อยู่ตรงกลางมักเรียกว่าโช้คหรือแกน และบางครั้งขดลวดก็เรียกว่าโซลินอยด์

ขดลวดของวงจรการสั่นจะสร้างการสั่นเมื่อมีประจุเก็บไว้เท่านั้น เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน จะสะสมประจุ ซึ่งจะถูกปล่อยเข้าสู่วงจรหากแรงดันไฟฟ้าลดลง

ลวดคอยล์มักจะมีความต้านทานน้อยมาก ซึ่งคงที่อยู่เสมอ ในวงจรวงจรออสซิลเลเตอร์ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันและกระแสมักเกิดขึ้นบ่อยมาก การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นไปตามกฎทางคณิตศาสตร์บางประการ:

• U = U 0 *cos(w*(t-t 0) โดยที่
  U คือแรงดันไฟฟ้าในเวลาที่กำหนด t
  U 0 - แรงดันไฟฟ้า ณ เวลา เสื้อ 0,
  w - ความถี่ของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า

องค์ประกอบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของวงจรคือตัวเก็บประจุไฟฟ้า นี่คือองค์ประกอบที่ประกอบด้วยแผ่นสองแผ่นซึ่งคั่นด้วยอิเล็กทริก ในกรณีนี้ความหนาของชั้นระหว่างแผ่นเปลือกโลกจะน้อยกว่าขนาดของพวกเขา การออกแบบนี้ช่วยให้คุณสะสมประจุไฟฟ้าบนอิเล็กทริก ซึ่งสามารถปล่อยเข้าสู่วงจรได้

ความแตกต่างระหว่างตัวเก็บประจุและแบตเตอรี่คือไม่มีการเปลี่ยนแปลงของสารภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า แต่เป็นการสะสมประจุโดยตรงในสนามไฟฟ้า ดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของตัวเก็บประจุคุณสามารถสะสมประจุขนาดใหญ่พอสมควรซึ่งสามารถปล่อยออกมาทั้งหมดในคราวเดียว ในกรณีนี้ความแรงของกระแสในวงจรจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

นอกจากนี้วงจรออสซิลเลเตอร์ยังประกอบด้วยองค์ประกอบอีกหนึ่งอย่าง: ตัวต้านทาน องค์ประกอบนี้มีความต้านทานและออกแบบมาเพื่อควบคุมกระแสและแรงดันไฟฟ้าในวงจร หากคุณเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าคงที่ กระแสไฟฟ้าจะลดลงตามกฎของโอห์ม:

• ฉัน = U/R โดยที่
  ฉัน - ความแข็งแกร่งในปัจจุบัน
  ยู - แรงดันไฟฟ้า
  R - ความต้านทาน

ตัวเหนี่ยวนำ

ลองมาดูความซับซ้อนทั้งหมดของตัวเหนี่ยวนำให้ละเอียดยิ่งขึ้นและทำความเข้าใจการทำงานของมันในวงจรออสซิลเลเตอร์ให้ดียิ่งขึ้น ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ความต้านทานขององค์ประกอบนี้มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์ ดังนั้นหากต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสตรงก็จะเกิดขึ้น แต่ถ้าต่อคอยล์เข้ากับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับก็จะทำงานได้อย่างถูกต้อง สิ่งนี้ช่วยให้เราสรุปได้ว่าองค์ประกอบนั้นต้านทานกระแสสลับได้

แต่เหตุใดสิ่งนี้จึงเกิดขึ้นและความต้านทานเกิดขึ้นกับกระแสสลับได้อย่างไร? เพื่อตอบคำถามนี้ เราต้องหันไปหาปรากฏการณ์เช่นการชักนำตนเอง เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวดจะมีขดลวดปรากฏขึ้นซึ่งสร้างอุปสรรคต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแส ขนาดของแรงนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยสองประการ: ความเหนี่ยวนำของขดลวดและอนุพันธ์ของเวลาของกระแสไฟฟ้า ในทางคณิตศาสตร์ การพึ่งพานี้แสดงผ่านสมการ:

• E = -L*I"(t) ที่ไหน
  E - ค่า EMF
  L คือค่าความเหนี่ยวนำของขดลวด (แต่ละขดลวดจะแตกต่างกันไปและขึ้นอยู่กับจำนวนขดลวดและความหนาของขดลวด)
  I"(t) - อนุพันธ์ของความแรงของกระแสเทียบกับเวลา (อัตราการเปลี่ยนแปลงของความแรงของกระแส)

ความแรงของกระแสตรงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นความต้านทานจึงไม่เกิดขึ้นเมื่อถูกสัมผัส

แต่ด้วยกระแสสลับพารามิเตอร์ทั้งหมดจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตามกฎไซน์ซอยด์หรือโคไซน์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ EMF เกิดขึ้นซึ่งป้องกันการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ความต้านทานนี้เรียกว่าอุปนัยและคำนวณโดยใช้สูตร:

• XL = w*L โดยที่
  w - ความถี่การสั่นของวงจร
  L คือการเหนี่ยวนำของขดลวด

ความแรงของกระแสในโซลินอยด์จะเพิ่มขึ้นและลดลงเชิงเส้นตามกฎต่างๆ ซึ่งหมายความว่าหากคุณหยุดจ่ายกระแสให้กับคอยล์ ประจุก็จะปล่อยประจุเข้าสู่วงจรต่อไปอีกระยะหนึ่ง และหากการจ่ายกระแสไฟฟ้าถูกขัดจังหวะอย่างกะทันหันจะเกิดไฟฟ้าช็อตเนื่องจากประจุจะพยายามกระจายและออกจากคอยล์ นี่เป็นปัญหาร้ายแรงในการผลิตภาคอุตสาหกรรม ผลกระทบนี้ (แม้ว่าจะไม่เกี่ยวข้องกับวงจรออสซิลเลเตอร์ทั้งหมด) สามารถสังเกตได้ เช่น เมื่อดึงปลั๊กออกจากเต้ารับ ในเวลาเดียวกันประกายไฟก็กระโดดซึ่งในระดับดังกล่าวไม่สามารถทำร้ายบุคคลได้ เป็นเพราะสนามแม่เหล็กไม่หายไปทันที แต่จะค่อยๆ กระจายไป ทำให้เกิดกระแสในตัวนำอื่น ในระดับอุตสาหกรรม ความแรงของกระแสจะมากกว่า 220 โวลต์ที่เราคุ้นเคยหลายเท่า ดังนั้นหากวงจรถูกขัดจังหวะในการผลิต อาจเกิดประกายไฟที่มีความแรงดังกล่าวจนก่อให้เกิดอันตรายอย่างมากต่อทั้งโรงงานและผู้คน .

ขดลวดเป็นพื้นฐานของสิ่งที่วงจรการสั่นประกอบด้วย ความเหนี่ยวนำของโซลินอยด์ที่ต่อแบบอนุกรมจะเพิ่มขึ้น ต่อไปเราจะมาดูรายละเอียดปลีกย่อยทั้งหมดของโครงสร้างขององค์ประกอบนี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้น

ตัวเหนี่ยวนำคืออะไร?

ความเหนี่ยวนำของขดลวดวงจรการสั่นเป็นตัวบ่งชี้แต่ละตัวซึ่งเท่ากับตัวเลขของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (เป็นโวลต์) ที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อกระแสเปลี่ยนแปลง 1 A ใน 1 วินาที หากโซลินอยด์เชื่อมต่อกับวงจร DC ความเหนี่ยวนำจะอธิบายพลังงานของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้ตามสูตร:

• W=(L*I 2)/2 โดยที่
  W คือพลังงานของสนามแม่เหล็ก

ค่าสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย: รูปทรงของโซลินอยด์ ลักษณะทางแม่เหล็กของแกนกลาง และจำนวนขดลวด คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของตัวบ่งชี้นี้คือค่าเป็นบวกเสมอ เนื่องจากตัวแปรที่ต้องขึ้นอยู่กับค่านี้ไม่สามารถเป็นค่าลบได้

ตัวเหนี่ยวนำยังสามารถกำหนดเป็นคุณสมบัติของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าในการสะสมพลังงานในสนามแม่เหล็ก วัดเป็นเฮนรี (ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน โจเซฟ เฮนรี)

นอกจากโซลินอยด์แล้ว วงจรออสซิลเลเตอร์ยังประกอบด้วยตัวเก็บประจุ ซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง

ตัวเก็บประจุไฟฟ้า

ความจุของวงจรการสั่นถูกกำหนดโดยตัวเก็บประจุ รูปร่างหน้าตาของเขาอธิบายไว้ข้างต้น ตอนนี้เรามาดูฟิสิกส์ของกระบวนการที่เกิดขึ้นกัน

เนื่องจากแผ่นตัวเก็บประจุทำจากตัวนำ กระแสไฟฟ้าจึงสามารถไหลผ่านได้ อย่างไรก็ตาม มีสิ่งกีดขวางระหว่างแผ่นทั้งสอง คือ ไดอิเล็กตริก (อาจเป็นอากาศ ไม้ หรือวัสดุอื่นที่มีความต้านทานสูง เนื่องจากประจุไม่สามารถผ่านจากปลายด้านหนึ่งของเส้นลวดไปยังอีกด้านหนึ่งได้ จึงสะสมอยู่ที่ แผ่นตัวเก็บประจุ เพิ่มพลังของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ารอบ ๆ ดังนั้นเมื่อการจ่ายประจุหยุดลงพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่สะสมบนแผ่นเริ่มถูกถ่ายโอนไปยังวงจร

ตัวเก็บประจุแต่ละตัวมีความเหมาะสมที่สุดสำหรับการทำงาน หากคุณใช้งานองค์ประกอบนี้เป็นเวลานานที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด อายุการใช้งานจะลดลงอย่างมาก ตัวเก็บประจุวงจรการสั่นจะถูกสัมผัสกับอิทธิพลของกระแสอย่างต่อเนื่องดังนั้นคุณควรระมัดระวังอย่างยิ่งเมื่อเลือก

นอกจากตัวเก็บประจุตามปกติที่กล่าวถึงแล้ว ยังมีตัวสร้างประจุไอออนอีกด้วย นี่เป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น: มันสามารถอธิบายได้ว่าเป็นลูกผสมระหว่างแบตเตอรี่กับตัวเก็บประจุ ตามกฎแล้วอิเล็กทริกในตัวสร้างประจุไอออนคือสารอินทรีย์ซึ่งมีอิเล็กโทรไลต์อยู่ระหว่างนั้น เมื่อรวมกันแล้วจะสร้างชั้นไฟฟ้าสองชั้น ซึ่งช่วยให้การออกแบบนี้สามารถสะสมพลังงานได้มากกว่าตัวเก็บประจุแบบเดิมหลายเท่า

ความจุของตัวเก็บประจุเป็นเท่าใด?

ความจุของตัวเก็บประจุคืออัตราส่วนของประจุบนตัวเก็บประจุต่อแรงดันไฟฟ้าที่อยู่ภายใต้ ค่านี้สามารถคำนวณได้ง่ายๆ โดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์:

• C = (e 0 *S)/d โดยที่
  e 0 - วัสดุอิเล็กทริก (ค่าตาราง)
  S คือพื้นที่ของแผ่นตัวเก็บประจุ
  d คือระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก

การพึ่งพาความจุของตัวเก็บประจุกับระยะห่างระหว่างเพลตอธิบายได้ด้วยปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต: ยิ่งระยะห่างระหว่างเพลตน้อยลงเท่าใด พวกมันก็จะมีอิทธิพลซึ่งกันและกันมากขึ้นเท่านั้น (ตามกฎของคูลอมบ์) ยิ่งประจุของ แผ่นเพลตและแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า และเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลง ค่าความจุจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากสามารถอธิบายได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:

• C = q/U โดยที่
  q คือประจุในคูลอมบ์

ควรพูดถึงหน่วยการวัดปริมาณนี้ ความจุวัดเป็นฟารัด 1 ฟารัดมีค่ามากพอ ดังนั้นตัวเก็บประจุที่มีอยู่ (แต่ไม่ใช่ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์) จึงมีหน่วยวัดความจุเป็นพิโคฟารัด (หนึ่งในล้านล้านของฟารัด)

ตัวต้านทาน

กระแสไฟฟ้าในวงจรออสซิลเลเตอร์ยังขึ้นอยู่กับความต้านทานของวงจรด้วย และนอกเหนือจากองค์ประกอบทั้งสองที่อธิบายไว้ซึ่งประกอบเป็นวงจรการสั่น (คอยล์, ตัวเก็บประจุ) แล้วยังมีองค์ประกอบที่สามอีกด้วย - ตัวต้านทาน เขามีหน้าที่สร้างการต่อต้าน ตัวต้านทานแตกต่างจากองค์ประกอบอื่นตรงที่มีความต้านทานสูงซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในบางรุ่น ในวงจรออสซิลเลเตอร์จะทำหน้าที่ควบคุมกำลังของสนามแม่เหล็ก คุณสามารถเชื่อมต่อตัวต้านทานหลายตัวแบบอนุกรมหรือแบบขนานได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความต้านทานของวงจร

ความต้านทานขององค์ประกอบนี้ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิดังนั้นคุณควรระมัดระวังในการทำงานในวงจรเนื่องจากจะร้อนขึ้นเมื่อมีกระแสไหลผ่าน

ความต้านทานของตัวต้านทานวัดเป็นโอห์มและสามารถคำนวณค่าได้โดยใช้สูตร:

• R = (p*l)/S โดยที่
  p - ความต้านทานของวัสดุตัวต้านทาน (วัดเป็น (Ohm*mm 2)/m)
  l คือความยาวของตัวต้านทาน (เป็นเมตร)
  S - พื้นที่หน้าตัด (เป็นตารางมิลลิเมตร)

จะเชื่อมโยงพารามิเตอร์รูปร่างได้อย่างไร?

ตอนนี้เราเข้าใกล้ฟิสิกส์ของการทำงานของวงจรออสซิลเลเตอร์แล้ว เมื่อเวลาผ่านไป ประจุบนเพลตตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนไปตามสมการเชิงอนุพันธ์อันดับสอง

หากคุณแก้สมการนี้ จะมีสูตรที่น่าสนใจหลายสูตรที่อธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในวงจรตามมา ตัวอย่างเช่น ความถี่ไซคลิกสามารถแสดงในรูปของความจุและความเหนี่ยวนำได้

อย่างไรก็ตาม สูตรที่ง่ายที่สุดที่ช่วยให้คุณคำนวณปริมาณที่ไม่ทราบจำนวนมากได้คือสูตรของทอมสัน (ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ วิลเลียม ทอมสัน ซึ่งได้สูตรนี้มาในปี 1853):

• ต = 2*n*(ล*ค) 1/2
  T - ระยะเวลาของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า
  L และ C ตามลำดับคือการเหนี่ยวนำของขดลวดวงจรการสั่นและความจุขององค์ประกอบวงจร
  n - หมายเลขพาย

ปัจจัยด้านคุณภาพ

มีปริมาณที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่กำหนดลักษณะการทำงานของวงจร - ปัจจัยด้านคุณภาพ เพื่อที่จะเข้าใจว่าสิ่งนี้คืออะไร เราควรหันไปที่กระบวนการ เช่น เสียงสะท้อน นี่เป็นปรากฏการณ์ที่แอมพลิจูดมีค่าสูงสุดในขณะที่ขนาดของแรงที่รองรับการสั่นนี้ยังคงที่ เสียงสะท้อนสามารถอธิบายได้โดยใช้ตัวอย่างง่ายๆ: หากคุณเริ่มแกว่งตามเวลาด้วยความถี่ของมัน มันจะเร่งความเร็วขึ้นและ "แอมพลิจูด" ของมันจะเพิ่มขึ้น และถ้าคุณออกนอกก้าว พวกมันก็จะช้าลง เสียงสะท้อนมักจะกระจายพลังงานไปมาก เพื่อให้สามารถคำนวณขนาดของการสูญเสียได้ พวกเขาจึงได้พารามิเตอร์ที่เรียกว่าปัจจัยด้านคุณภาพขึ้นมา เป็นค่าสัมประสิทธิ์เท่ากับอัตราส่วนของพลังงานในระบบต่อความสูญเสียที่เกิดขึ้นในวงจรในหนึ่งรอบ

ปัจจัยด้านคุณภาพของวงจรคำนวณโดยสูตร:

• Q = (w 0 *W)/P โดยที่
  w 0 - ความถี่วงจรเรโซแนนซ์ของการแกว่ง;
  W คือพลังงานที่เก็บไว้ในระบบออสซิลลาทอรี
  P - การกระจายพลังงาน

พารามิเตอร์นี้เป็นปริมาณไร้มิติ เนื่องจากจริงๆ แล้วจะแสดงอัตราส่วนของพลังงาน: เก็บไว้เพื่อใช้ไป

วงจรออสซิลเลเตอร์ในอุดมคติคืออะไร

เพื่อให้เข้าใจกระบวนการในระบบนี้ได้ดีขึ้นนักฟิสิกส์จึงได้คิดค้นสิ่งที่เรียกว่า วงจรการสั่นในอุดมคติ- นี่คือแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แสดงวงจรเป็นระบบที่มีความต้านทานเป็นศูนย์ การสั่นของฮาร์มอนิกที่ไม่ทำให้หมาด ๆ เกิดขึ้น แบบจำลองนี้ช่วยให้เราได้รับสูตรสำหรับการคำนวณพารามิเตอร์เส้นขอบโดยประมาณ หนึ่งในพารามิเตอร์เหล่านี้คือพลังงานทั้งหมด:

• W = (ล*ฉัน 2)/2

การลดความซับซ้อนดังกล่าวช่วยเร่งการคำนวณได้อย่างมากและทำให้สามารถประเมินลักษณะของวงจรด้วยตัวบ่งชี้ที่กำหนดได้

มันทำงานอย่างไร?

วงจรการทำงานของวงจรออสซิลลาทอรีทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ตอนนี้เราจะวิเคราะห์รายละเอียดกระบวนการที่เกิดขึ้นในแต่ละส่วนโดยละเอียด

• ระยะแรก:แผ่นตัวเก็บประจุซึ่งมีประจุบวกจะเริ่มคายประจุและปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าสู่วงจร ในขณะนี้กระแสจะไหลจากประจุบวกไปยังประจุลบโดยผ่านขดลวด เป็นผลให้เกิดการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจร กระแสที่ไหลผ่านขดลวดจะผ่านไปยังแผ่นที่สองและชาร์จประจุบวก (ในขณะที่แผ่นแรกซึ่งกระแสไหลไหลนั้นมีประจุลบ)
• ระยะที่สอง:กระบวนการตรงกันข้ามเกิดขึ้น กระแสไฟฟ้าไหลผ่านจากแผ่นขั้วบวก (ซึ่งเป็นลบที่จุดเริ่มต้น) ไปยังขั้วลบ และไหลผ่านขดลวดอีกครั้ง และข้อกล่าวหาทั้งหมดก็เข้าที่

วงจรนี้จะทำซ้ำจนกว่าจะมีประจุบนตัวเก็บประจุ ในวงจรออสซิลเลเตอร์ในอุดมคติ กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างไม่มีที่สิ้นสุด แต่ในความเป็นจริง การสูญเสียพลังงานเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจากปัจจัยต่างๆ: ความร้อน ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของความต้านทานในวงจร (ความร้อนของจูล) และอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน

ตัวเลือกการออกแบบวงจร

นอกเหนือจากวงจร "คอยล์คาปาซิเตอร์" และ "คอยล์ตัวต้านทาน - คาปาซิเตอร์" แบบธรรมดาแล้ว ยังมีตัวเลือกอื่น ๆ ที่ใช้วงจรออสซิลเลเตอร์เป็นพื้นฐาน ตัวอย่างเช่นนี่คือวงจรขนานซึ่งแตกต่างจากที่มีอยู่เป็นองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า (เพราะถ้ามีอยู่แยกกันมันจะเป็นวงจรอนุกรมซึ่งได้กล่าวถึงในบทความ)

นอกจากนี้ยังมีการออกแบบประเภทอื่นๆ ซึ่งรวมถึงส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่แตกต่างกันด้วย ตัวอย่างเช่นคุณสามารถเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์เข้ากับเครือข่ายซึ่งจะเปิดและปิดวงจรด้วยความถี่เท่ากับความถี่การสั่นในวงจร ดังนั้นการแกว่งที่ไม่มีการหน่วงจะถูกสร้างขึ้นในระบบ

วงจรออสซิลเลเตอร์ใช้ที่ไหน?

การใช้ส่วนประกอบวงจรที่เราคุ้นเคยมากที่สุดคือแม่เหล็กไฟฟ้า ในทางกลับกันใช้ในอินเตอร์คอม มอเตอร์ไฟฟ้า เซ็นเซอร์ และในพื้นที่อื่น ๆ ที่ไม่ธรรมดา แอปพลิเคชั่นอื่นคือออสซิลเลเตอร์ ในความเป็นจริง การใช้วงจรนี้เป็นสิ่งที่เราคุ้นเคยมาก ในรูปแบบนี้ จะใช้ในไมโครเวฟเพื่อสร้างคลื่น และในการสื่อสารเคลื่อนที่และวิทยุเพื่อส่งข้อมูลในระยะไกล ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเข้ารหัสในลักษณะที่สามารถส่งข้อมูลในระยะทางไกลได้

ตัวเหนี่ยวนำสามารถใช้เป็นองค์ประกอบของหม้อแปลงไฟฟ้าได้: ขดลวดสองตัวที่มีจำนวนขดลวดต่างกันสามารถส่งประจุได้โดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า แต่เนื่องจากลักษณะของโซลินอยด์แตกต่างกัน ตัวบ่งชี้กระแสในสองวงจรที่เชื่อมต่อตัวเหนี่ยวนำทั้งสองนี้จะแตกต่างกัน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะแปลงกระแสไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์ให้เป็นกระแสไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า 12 โวลต์

บทสรุป

เราตรวจสอบรายละเอียดหลักการทำงานของวงจรออสซิลเลเตอร์และแต่ละชิ้นส่วนแยกกัน เราได้เรียนรู้ว่าวงจรการสั่นเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงพื้นฐานของกลไกที่ซับซ้อนขององค์ประกอบที่ดูเหมือนเรียบง่ายเหล่านี้ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความซับซ้อนของวงจรและส่วนประกอบได้จากวรรณกรรมเฉพาะทาง

เสียงสะท้อนในปัจจุบัน

วัตถุประสงค์ของงานคือเพื่อศึกษาความสัมพันธ์พื้นฐานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบแยกสาขา ตลอดจนศึกษาการสั่นพ้องของกระแส

รูปที่ 13 แสดงวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบแยกแขนงที่ประกอบด้วยตัวรับสัญญาณที่เชื่อมต่อแบบขนาน 3 ตัว ได้แก่ ตัวต้านทาน (รีโอสแตตแบบท่อหรือลวด) ที่มีความต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำที่มีปฏิกิริยารีแอคแตนซ์แบบเหนี่ยวนำและความต้านทานแบบแอคทีฟ และตัวเก็บประจุที่มีความจุไฟฟ้า

เมื่อเชื่อมต่อแบบขนานจะสะดวกกว่าในการระบุลักษณะของตัวรับพลังงานไฟฟ้าด้วยการนำไฟฟ้าจากนั้นจึงมาจากวงจรที่แสดงในรูปที่ 1 13 เราสามารถไปยังวงจรสมมูลของมันได้ดังแสดงในรูปที่ 1 14.

รูปที่ 13

รูปที่ 14

นี่คือค่าสื่อกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ของตัวต้านทาน และคือค่าการนำไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำและแบบแอกทีฟของขดลวดตามลำดับ – ค่าการนำไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ

ให้เราใช้สูตรที่รู้จักกันดีสำหรับการเปลี่ยนจากความต้านทาน ( , , ) ของวงจรอนุกรมไปเป็นค่าการนำไฟฟ้า ( , , ) ของวงจรขนานที่เท่ากัน:

; ; .

ความนำไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ของตัวต้านทาน

.

ความนำไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ของตัวเหนี่ยวนำ

.

การนำไฟฟ้าของคอยล์

.

ความจุของตัวเก็บประจุ

.

ในแผนภาพของรูปที่. 14 สามารถพิจารณาได้สามกรณี

กรณีที่ 1- วงจรถูกครอบงำโดยการนำไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำ ( ), แล้ว - แผนภาพเวกเตอร์ของกระแสสำหรับกรณีนี้ถูกลงจุดในรูปที่ 1 15. กระแสแอคทีฟของตัวต้านทานและกระแสแอคทีฟของคอยล์ตรงกับเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าของวงจร

กระแสอุปนัยของขดลวดจะล่าช้ากว่าแรงดันไฟฟ้าเป็นมุม กระแสคอยล์ทั้งหมดเท่ากับผลรวมทางเรขาคณิตของกระแสคอยล์แอคทีฟและอินดัคทีฟ และความล่าช้าในเฟสจากแรงดันไฟฟ้าเป็นมุม กระแสคาปาซิทีฟของตัวเก็บประจุที่ดำเนินการจากจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์นำไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้ววงจรเป็นมุม เวกเตอร์ปิดเท่ากับกระแสในส่วนที่ไม่มีการแบรนช์ของวงจร

จากแผนภาพเวกเตอร์ จะเห็นได้ว่าเมื่อเชื่อมต่อเครื่องรับแบบขนาน กระแสที่ใช้งานจะเพิ่มขึ้น เลขคณิต:

;

กระแสปฏิกิริยา – พีชคณิต:

;

กระแสรวม – ทางเรขาคณิต :

.

สูตรสุดท้ายเป็นการแสดงออกถึงกฎข้อแรกของ Kirchhoff สำหรับค่าประสิทธิผลของกระแสสลับ

สำหรับการคำนวณเชิงปฏิบัติจะสะดวกในการใช้สูตร

ได้จากสามเหลี่ยมกระแสน้ำ โอเอบี(รูปที่ 15)

กรณีที่ 2- วงจรถูกครอบงำโดยการนำไฟฟ้าแบบ capacitive ( ) แล้ว - กระแสรวมในวงจร แบบกราฟิกถูกกำหนดในลักษณะเดียวกันกับกรณีแรก (รูปที่ 16) ดังที่เห็นได้จากรูป 16 กระแสนำแรงดันไฟฟ้าเป็นมุม

กรณีที่ 3- ความเท่าเทียมกันของการนำไฟฟ้าปฏิกิริยา ( ), แล้ว - กระแสรวมในกรณีนี้ (รูปที่ 17) อยู่ในเฟสที่มีแรงดันไฟฟ้า ( - โหมดนี้เรียกว่ากระแสเรโซแนนซ์ เนื่องจากกระแสในเฟสมีทั้งเท่ากันและตรงกันข้าม สำหรับวงจรที่กำลังพิจารณา (ดูรูปที่ 14) เงื่อนไขเรโซแนนซ์ปัจจุบันสามารถเขียนได้ในรูปแบบต่อไปนี้:

;

.

รูปที่ 16

รูปที่ 17

แน่นอนว่าการสั่นพ้องในปัจจุบันสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์วงจรตัวใดตัวหนึ่ง: ตัวเหนี่ยวนำหรือความจุตลอดจนโดยการเปลี่ยนความถี่ของเครือข่ายจ่ายไฟ

ในงานห้องปฏิบัติการ การเปลี่ยนโหมดวงจรและการได้รับกระแสสะท้อนจะดำเนินการโดยการเปลี่ยนแปลงความจุแบบขั้นตอนที่ และ - ปรากฏการณ์ของการสั่นพ้องปัจจุบันมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

1) - หากขดลวดและตัวเก็บประจุอยู่ในอุดมคติ กระแสในวงจรตัวเก็บประจุจะเท่ากับกระแสในวงจรคอยล์ ในทางปฏิบัติ ณ เวลาที่มีการสั่นพ้อง กระแสในคอยล์จะมากกว่ากระแสของตัวเก็บประจุเสมอ

2) นั่นเป็นเหตุผล - กำลังรวมของวงจรทั้งหมดเท่ากับกำลังงาน ( - ดังนั้นในโหมดเรโซแนนซ์ปัจจุบัน วงจรจะทำงานเหมือนแอ็คทีฟ นอกจากนี้ ก่อนการสั่นพ้อง วงจรจะเป็นแบบแอคทีฟ-อุปนัย และหลังจากการสั่นพ้อง วงจรจะเป็นแบบแอคทีฟ-คาปาซิทีฟ

3) ที่แรงดันไฟฟ้าคงที่ที่ขั้ววงจรจะมีกระแสไฟฟ้าขั้นต่ำในส่วนที่ไม่มีการแตกแขนงของวงจร (รูปที่ 18) แท้จริงแล้วกระแส ณ เรามี ;

4) เมื่อคำนวณวงจรเรโซแนนซ์ควรคำนึงถึงว่าถ้า และ >> จากนั้นกระแสอาจสูงกว่ากระแสรวมในส่วนที่ไม่มีการแบรนช์ของวงจรหลายเท่า

แก่นแท้ทางกายภาพของเสียงสะท้อนในปัจจุบันจะชัดเจนเมื่อพิจารณาด้านพลังงานของกระบวนการ ที่เรโซแนนซ์ พลังงานที่เก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของขดลวดจะเท่ากับพลังงานที่เก็บไว้ในสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ ในกรณีนี้การแกว่งของพลังงานของคอยล์และตัวเก็บประจุจะตรงกันข้ามในเฟสนั่นคือ มีการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างขดลวดกับตัวเก็บประจุ ในด้านหนึ่งไม่มีการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับขดลวดและตัวเก็บประจุ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถ่ายโอนพลังงานไปยังความต้านทานแบบแอคทีฟเท่านั้น ดังนั้นสาระสำคัญทางกายภาพของเรโซแนนซ์ปัจจุบันจึงคล้ายกับเรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้า ในทางปฏิบัติการแลกเปลี่ยนพลังงานปฏิกิริยาระหว่างตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุถูกนำมาใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อเพิ่มตัวประกอบกำลังที่ขั้วอินพุตของเครื่องรับพลังงานไฟฟ้า

ตัวประกอบกำลัง() ตัวรับพลังงานไฟฟ้า

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องรับไฟฟ้า (มอเตอร์ หม้อแปลง) มีลักษณะเป็นแอคทีฟ-อินดัคทีฟ และทำงานโดยมีมุมเปลี่ยนเฟส - เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายไฟให้กับเครื่องรับสายส่งและตัวรับนั้นได้รับการออกแบบมาให้เต็มกำลัง - กำลังเฉลี่ย (หรือแอคทีฟ) ของเครื่องรับซึ่งสอดคล้องกับการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนหรืองานเครื่องกลสอดคล้องกับความเท่าเทียมกัน - ที่นี่ – ตัวประกอบกำลังรับ; - เช่น. ตัวประกอบกำลังคืออัตราส่วนของกำลังงานต่อกำลังปรากฏ โดยปกติ, , เช่น. กำลังออกแบบ (รวม) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสายส่งไม่ได้ใช้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ดังนั้นความสำคัญสำหรับเศรษฐกิจของประเทศในการเพิ่มตัวประกอบกำลัง (ในกรณีที่รุนแรงถึง ).

กระแสไฟฟ้าที่ใช้โดยเครื่องรับจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านกำลังด้วยเช่น

.

หากเครื่องรับทำงานที่กำลังไฟคงที่และแรงดันไฟฟ้าสอดคล้องกับ

ข้อมูลที่ระบุ (หนังสือเดินทาง) ของผู้รับจากนั้นกระแสจะยิ่งมากขึ้นก็ยิ่งต่ำลง - การเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้านำไปสู่การสูญเสียพลังงานที่เพิ่มขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สายส่ง และเครื่องรับ ดังนั้น เพื่อที่จะใช้พลังการออกแบบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างเต็มที่และลดการสูญเสียพลังงานจึงเป็นสิ่งจำเป็น ยก เครื่องรับ เพื่อเพิ่มตัวประกอบกำลัง ให้เชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบขนานกับตัวรับ

ในกรณีนี้
กำลังไฟฟ้าของตัวเก็บประจุอยู่ที่ไหน – กำลังอุปนัยของเครื่องรับ

เมื่อมีการสะท้อนของกระแส , , - โดยทั่วไปแล้ว ตัวประกอบกำลังของเครื่องรับจะเพิ่มขึ้นเป็นค่า 0.92-0.95 เนื่องจากการเติบโตเพิ่มเติมนั้นจำเป็นต้องเพิ่มความจุของธนาคารตัวเก็บประจุอย่างมีนัยสำคัญและทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น ค่าความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่ต้องต่อขนานกับตัวรับเพื่อเพิ่มค่าตัวประกอบกำลังจาก สู่ความยิ่งใหญ่! สามารถกำหนดได้จากสูตร

,

พลังที่ใช้งานของผู้รับอยู่ที่ไหน – ความถี่เครือข่าย 50 เฮิรตซ์; – แรงดันไฟหลัก

โปรแกรมการทำงาน

1. ตรวจสอบการทำงานของวงจร รวมทั้งตัวต้านทาน คอยล์ และตัวเก็บประจุตามลำดับ

2. ตรวจสอบการทำงานของตัวต้านทาน คอยล์ และตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนานกับความจุไฟฟ้าแบบแปรผันก่อนการสั่นพ้องของกระแส ระหว่างการสั่นพ้องและหลังการสั่นพ้อง

3. คำนวณปริมาณความจุไฟฟ้าที่ต้องการในการเพิ่มตัวประกอบกำลังของเครื่องรับซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำที่เชื่อมต่อแบบขนานให้เป็นค่าสูงสุด 1 และเปรียบเทียบกับข้อมูลการทดลอง (บรรทัดที่ 6 ในตารางที่ 3) *.

สั่งงาน

1. ประกอบวงจรแล้ว (รูปที่ 19) ตัวแปลงอัตโนมัติ AT ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าภายใน 90 ... 120 V ซึ่งคงที่สำหรับการวัดทั้งหมด

2. เพื่อให้ส่วนแรกของงานเสร็จสมบูรณ์ ตัวต้านทาน คอยล์ และตัวเก็บประจุจะเปิดตามลำดับ ในแต่ละกรณี การอ่านค่าเครื่องมือจะถูกบันทึกลงในตารางการสังเกต

3. ส่วนที่สองของงานจะดำเนินการเมื่อเปิดเครื่องรับทั้งสามเครื่องพร้อมกัน การวิจัยจะดำเนินการดังนี้ โดยการเปลี่ยนความจุของธนาคารตัวเก็บประจุ วงจรจะถูกปรับโดยใช้เครื่องวัดเฟส ( ) เข้าสู่สถานะก้องกังวาน การปรับสถานะเรโซแนนซ์บางอย่างสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่งของแกนในขดลวด หลังจากนี้แกนกลางจะติดขัดเช่นนั้น - ถัดไป เปลี่ยนความจุจาก 0 เป็นค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ อ่านค่าจากเครื่องมือของการทดลองสองครั้งก่อนการสั่นพ้องปัจจุบันและสองครั้งหลังการสั่นพ้อง ผลการทดลองจะถูกบันทึกไว้ในตาราง 3.

พิจารณาวงจรที่มี ตัวเหนี่ยวนำและสมมติว่าความต้านทานเชิงแอ็กทีฟของวงจรรวมทั้งลวดขดลวดมีค่าน้อยมากจนสามารถละเลยได้ ในกรณีนี้การต่อคอยล์เข้ากับแหล่งจ่ายกระแสตรงจะทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งดังที่ทราบกันว่ากระแสในวงจรจะมีขนาดใหญ่มาก

สถานการณ์จะแตกต่างออกไปเมื่อขดลวดเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสสลับ ในกรณีนี้จะไม่เกิดไฟฟ้าลัดวงจร สิ่งนี้บ่งชี้ว่า อะไร ตัวเหนี่ยวนำต้านทานกระแสสลับที่ไหลผ่าน.

ลักษณะของความต้านทานนี้คืออะไรและสาเหตุคืออะไร?

เพื่อตอบคำถามนี้ให้เราจำไว้ การเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดทำให้เกิดลักษณะของแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแส ขนาดของ EMF การเหนี่ยวนำตัวเองนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในนั้น แต่เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องแล้ว แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในขดลวดจะสร้างความต้านทานต่อกระแสสลับ

เพื่อให้เข้าใจถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นในตัวเหนี่ยวนำ มาดูกราฟกันดีกว่า รูปที่ 1 แสดงเส้นโค้งที่แสดงลักษณะตามลำดับ ขีดในวงจร แรงดันไฟฟ้าบนขดลวด และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวที่เกิดขึ้นในนั้น ให้เราตรวจสอบให้แน่ใจว่าสิ่งก่อสร้างที่ทำในรูปนั้นถูกต้อง

จากช่วงเวลา t = 0 เช่น จากช่วงเวลาเริ่มต้นของการสังเกตกระแสมันเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่เมื่อเข้าใกล้ค่าสูงสุด อัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสก็ลดลง ในขณะที่กระแสถึงค่าสูงสุด อัตราการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะจะเท่ากับศูนย์ นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันหยุดลง จากนั้นกระแสน้ำก็เริ่มลดลง ในตอนแรกอย่างช้าๆ แล้วอย่างรวดเร็ว และหลังจากไตรมาสที่สองของช่วงเวลานั้น ก็ลดลงเหลือศูนย์ อัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในช่วงไตรมาสนี้ของช่วงเวลาซึ่งเพิ่มขึ้นเป็นครั้งคราวถึงค่าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเมื่อกระแสมีค่าเท่ากับศูนย์

รูปที่ 2 ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันเมื่อเวลาผ่านไปขึ้นอยู่กับค่าปัจจุบัน

จากแผนภาพในรูปที่ 2 จะเห็นได้ว่าเมื่อเส้นโค้งกระแสไหลผ่านแกนเวลา กระแสจะเพิ่มขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ t มากกว่าในช่วงเวลาเดียวกันเมื่อเส้นโค้งปัจจุบันถึงจุดสูงสุด

เพราะฉะนั้น, อัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสจะลดลงเมื่อกระแสเพิ่มขึ้นและเพิ่มขึ้นเมื่อกระแสลดลง โดยไม่คำนึงถึงทิศทางของกระแสในวงจร

เห็นได้ชัดว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองในขดลวดควรมีค่ามากที่สุดเมื่ออัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสมีค่ามากที่สุด และลดลงเหลือศูนย์เมื่อการเปลี่ยนแปลงหยุดลง อันที่จริงบนกราฟเส้นโค้ง EMF การเหนี่ยวนำตัวเอง e L สำหรับไตรมาสแรกของช่วงเวลาโดยเริ่มจากค่าสูงสุดลดลงเหลือศูนย์ (ดูรูปที่ 1)

ในช่วงไตรมาสถัดไปของช่วงเวลา กระแสลดลงจากค่าสูงสุดเป็นศูนย์ แต่อัตราการเปลี่ยนแปลงค่อยๆ เพิ่มขึ้นและยิ่งใหญ่ที่สุดในช่วงเวลาที่กระแสกลายเป็นศูนย์ ดังนั้น EMF การเหนี่ยวนำตัวเองในช่วงไตรมาสนี้ของช่วงเวลานี้ซึ่งปรากฏขึ้นอีกครั้งในขดลวดค่อยๆเพิ่มขึ้นและกลายเป็นค่าสูงสุดในขณะที่กระแสกลายเป็นศูนย์

อย่างไรก็ตาม ทิศทางของ EMF การเหนี่ยวนำตัวเองกลับรายการ เนื่องจากกระแสที่เพิ่มขึ้นในไตรมาสแรกของช่วงเวลาถูกแทนที่ด้วยการลดลงในไตรมาสที่สอง

เพื่อสร้างเส้นโค้ง EMF เหนี่ยวนำตัวเองต่อไป เราเชื่อว่าในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดและ EMF เหนี่ยวนำตัวเองจะทำให้การเปลี่ยนแปลงในระยะเวลาเต็มสมบูรณ์ ทิศทางของมันถูกกำหนด: เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น EMF การเหนี่ยวนำตัวเองจะถูกนำไปใช้กับกระแส (ไตรมาสที่หนึ่งและสามของช่วงเวลา) และเมื่อกระแสลดลงในทางกลับกันมันจะตรงกับทิศทางนั้น ( ไตรมาสที่สองและสี่ของงวด)

ดังนั้น, แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งเกิดจากกระแสสลับนั้นป้องกันการเพิ่มขึ้นและในทางกลับกันจะรองรับเมื่อมันลดลง.

ตอนนี้เรามาดูกราฟของแรงดันไฟฟ้าข้ามขดลวด (ดูรูปที่ 1) ในกราฟนี้ แรงดันไฟฟ้าไซนูซอยด์ที่ขั้วคอยล์จะแสดงเท่ากันและตรงข้ามกับไซนัสอยด์แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วคอยล์จะเท่ากันและตรงข้ามกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในนั้น แรงดันไฟฟ้านี้ถูกสร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับและใช้เพื่อดับการทำงานของ EMF เหนี่ยวนำตัวเองในวงจร

ดังนั้น, ในตัวเหนี่ยวนำที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านแต่เนื่องจากการต่อต้านดังกล่าวเกิดขึ้นในท้ายที่สุด ตัวเหนี่ยวนำขดลวดจากนั้นก็เรียกว่า ปฏิกิริยาอุปนัย

รีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำแสดงด้วย X L และวัดเป็นโอห์ม เช่นเดียวกับความต้านทานแบบแอคทีฟ

รีแอคแตนซ์แบบเหนี่ยวนำของวงจรจะมีค่ามากขึ้น กำลังจ่ายให้กับวงจรก็จะมากขึ้น และค่าความเหนี่ยวนำของวงจรก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นรีแอกแทนซ์แบบเหนี่ยวนำของวงจรจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของกระแสและความเหนี่ยวนำของวงจร ถูกกำหนดโดยสูตร XL = ω L โดยที่ ω คือความถี่วงกลมที่กำหนดโดยผลคูณ 2πฉ - - ตัวเหนี่ยวนำวงจรใน Hz

สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีรีแอคแทนซ์แบบอินดัคทีฟ จะมีเสียงดังนี้: ขนาดของกระแสจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าและเป็นสัดส่วนผกผันกับปฏิกิริยารีแอคแตนซ์ของวงจรและคือ I = U / XL , โดยที่ I และ U คือค่าประสิทธิผลของกระแสและแรงดัน และ X L คือปฏิกิริยารีแอคแตนซ์ของวงจร

ดูกราฟการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันของคอยล์ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองและแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเราสังเกตเห็นว่าการเปลี่ยนแปลงในปริมาณเหล่านี้ไม่ตรงเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่งไซน์ซอยด์ของกระแสไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำตัวเองของ EMF กลายเป็นการเปลี่ยนเวลาโดยสัมพันธ์กันสำหรับวงจรที่เรากำลังพิจารณา ในเทคโนโลยีกระแสสลับ ปรากฏการณ์นี้มักเรียกว่าการเปลี่ยนเฟส

หากปริมาณตัวแปรสองค่าเปลี่ยนแปลงตามกฎเดียวกัน (ในกรณีของเราคือไซน์ซอยด์) ด้วยคาบเดียวกัน ไปถึงค่าสูงสุดพร้อมกันทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ และยังลดลงเป็นศูนย์พร้อมกันด้วย ดังนั้น ปริมาณตัวแปรดังกล่าวจะมีเฟสที่เหมือนกันหรือ อย่างที่เขาว่ากันว่าบังเอิญในเฟส

ตามตัวอย่าง รูปที่ 3 แสดงเส้นโค้งกระแสและแรงดันไฟฟ้าในเฟส เรามักจะสังเกตความบังเอิญของเฟสดังกล่าวในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่ประกอบด้วยความต้านทานแบบแอคทีฟเท่านั้น

ในกรณีที่วงจรมีปฏิกิริยารีแอคทีฟ เฟสของกระแสและแรงดัน ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 1 ไม่ตรงกัน กล่าวคือ มีการเลื่อนเฟสระหว่างตัวแปรเหล่านี้ ในกรณีนี้ เส้นโค้งปัจจุบันดูเหมือนจะล่าช้ากว่าเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าประมาณหนึ่งในสี่ของช่วงระยะเวลาหนึ่ง

เพราะฉะนั้น, เมื่อตัวเหนี่ยวนำเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ การเปลี่ยนเฟสจะปรากฏขึ้นในวงจรระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าจะล่าช้าในเฟสด้วยแรงดันไฟฟ้าประมาณหนึ่งในสี่ของช่วงระยะเวลาหนึ่ง- ซึ่งหมายความว่ากระแสสูงสุดจะเกิดขึ้นหนึ่งในสี่ของช่วงเวลาหลังจากแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเกิดขึ้น

EMF การเหนี่ยวนำตัวเองอยู่ในแอนติเฟสโดยมีแรงดันไฟฟ้าบนคอยล์ และจะล้าหลังตามกระแสประมาณหนึ่งในสี่ของช่วงระยะเวลาหนึ่ง ในกรณีนี้ระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงของกระแสแรงดันไฟฟ้าตลอดจนแรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเองจะไม่เปลี่ยนแปลงและยังคงเท่ากับระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ป้อนวงจร ลักษณะไซน์ซอยด์ของการเปลี่ยนแปลงในปริมาณเหล่านี้ก็ยังคงอยู่เช่นกัน

เมื่อวงจรไม่มีความต้านทานแบบแอกทีฟ (ตามอัตภาพเราถือว่ามันเท่ากับศูนย์) แต่ประกอบด้วยความต้านทานแบบเหนี่ยวนำของขดลวดเท่านั้น พลังงานของแหล่งกำเนิดปัจจุบันจะไม่ถูกใช้ไปกับการทำความร้อนสายไฟ แต่เพียงในการสร้างตัวเองเท่านั้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าอุปนัยเช่น มันกลายเป็นพลังงานสนามแม่เหล็ก . อย่างไรก็ตาม กระแสสลับมีการเปลี่ยนแปลงทั้งขนาดและทิศทางอยู่ตลอดเวลา ดังนั้นขดลวดจึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตามการเปลี่ยนแปลงของกระแส ในช่วงไตรมาสแรกของช่วงเวลา เมื่อกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น วงจรจะได้รับพลังงานจากแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าและเก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของขดลวด แต่ทันทีที่กระแสไฟฟ้าถึงจุดสูงสุดแล้วเริ่มลดลง มันจะถูกรักษาไว้โดยพลังงานที่เก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของขดลวดผ่านแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง

ดังนั้น, แหล่งกำเนิดกระแสเมื่อให้พลังงานบางส่วนแก่วงจรในช่วงไตรมาสแรกของช่วงเวลา จะได้รับพลังงานกลับจากขดลวดในช่วงไตรมาสที่สอง ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดกระแสชนิดหนึ่งกล่าวอีกนัยหนึ่ง วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีเพียงรีแอคแตนซ์อินดักทีฟจะไม่ใช้พลังงาน: ในกรณีนี้ พลังงานจะแกว่งไปมาระหว่างแหล่งกำเนิดและวงจร ในทางกลับกัน การต้านทานแบบแอคทีฟจะดูดซับพลังงานทั้งหมดที่ได้รับจากแหล่งกำเนิดปัจจุบัน

พวกเขากล่าวว่าตัวเหนี่ยวนำตรงกันข้ามกับความต้านทานโอห์มมิก จะไม่ทำงานสัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ นั่นคือ ปฏิกิริยา ดังนั้นจึงเรียกว่าปฏิกิริยารีแอคทีฟของคอยล์ รีแอกแตนซ์.