Induktiivisesti kytketyt värähtelypiirit

Tarkastellaan kahta värähtelevää piiriä, jotka on sijoitettu toisiinsa nähden siten, että energiaa voidaan siirtää ensimmäisestä piiristä toiseen ja päinvastoin.

Tällaisissa olosuhteissa oskillaattoripiirejä kutsutaan kytketyiksi piireiksi, koska yhdessä piirissä tapahtuvat sähkömagneettiset värähtelyt aiheuttavat sähkömagneettisia värähtelyjä toisessa piirissä ja energia liikkuu näiden piirien välillä ikään kuin ne olisivat kytkettyinä.

Mitä vahvempi yhteys ketjujen välillä on, sitä enemmän energiaa siirtyy ketjusta toiseen, sitä voimakkaammin ketjut vaikuttavat toisiinsa.

Silmukan yhteenliittämisen suuruus voidaan kvantifioida silmukan kytkentäkertoimella Kwv, joka mitataan prosentteina (0 - 100 %). Piiriliitäntä on induktiivinen (muuntaja), automuuntaja tai kapasitiivinen. Tässä artikkelissa tarkastellaan induktiivista kytkentää, eli tilaa, jossa piirien vuorovaikutus tapahtuu vain magneettisen (sähkömagneettisen) kentän vuoksi.

Induktiivista kytkentää kutsutaan myös muuntajakytkimeksi, koska se tapahtuu piirikäämien keskinäisen induktiivisen vaikutuksen johdosta toisiinsa, kuten muuntajassa, sillä ainoalla erolla, että värähteleviä piirejä ei periaatteessa voida kytkeä niin lähelle kuin voidaan havaita tavanomaisessa muuntajassa.

Kytkettyjen piirien järjestelmässä yksi niistä saa virran generaattorista (vaihtovirtalähteestä), tätä piiriä kutsutaan ensiöpiiriksi. Kuvassa ensiöpiiri on se, joka koostuu elementeistä L1 ja C1. Ensiöpiiristä energiaa vastaanottavaa piiriä kutsutaan toisiopiiriksi, kuvassa sitä edustavat elementit L2 ja C2.

Linkin konfigurointi ja silmukkaresonanssi

Kun virta I1 muuttuu ensiösilmukan kelassa L1 (kasvaa tai pienenee), magneettikentän B1 induktion suuruus tämän käämin ympärillä muuttuu vastaavasti ja tämän kentän voimalinjat ylittävät toisiokäämin L2 kierrokset. ja siksi sähkömagneettisen induktion lain mukaan indusoi siihen EMF, joka aiheuttaa virran I2 kelassa L2. Siksi käy ilmi, että ensiöpiirin energia siirtyy magneettikentän kautta toisiopiiriin, kuten muuntajassa.

Käytännössä liitetyissä silmukoissa voi olla vakio tai muuttuva yhteys, mikä toteutetaan silmukoiden valmistusmenetelmällä, esimerkiksi silmukoiden kelat voidaan kiertää yhteiselle kehykselle kiinteästi kiinteästi tai on mahdollisuus fyysiseen kelojen liikettä suhteessa toisiinsa, niiden suhde on muuttuva. Muuttuvan linkin kelat on esitetty kaavamaisesti nuolen ylitse.

Siten, kuten edellä todettiin, käämien kytkentäkerroin Ksv heijastaa piirien yhteenliittämistä prosentteina, käytännössä, jos kuvittelemme, että käämit ovat samat, niin se näyttää kuinka paljon magneettivuosta F1 käämi L1 putoaa myös kelalle L2. Tarkemmin sanottuna kytkentäkerroin Ksv osoittaa, kuinka monta kertaa toisessa piirissä indusoitunut EMF on pienempi kuin se EMF, joka siihen voitaisiin indusoida, jos kaikki kelan L1 magneettiset voimalinjat osallistuisivat sen luomiseen.

Jotta saavutettaisiin suurimmat käytettävissä olevat virrat ja jännitteet kytketyissä piireissä, niiden on säilyttävä resonanssissa keskenään.

Resonanssi siirtopiirissä (ensisijaisessa) piirissä voi olla virtojen resonanssia tai jännitteiden resonanssia ensiöpiirin laitteesta riippuen: jos generaattori on kytketty piiriin sarjassa, resonanssi on jännitteessä, jos rinnakkain - virtojen resonanssi. Toisiopiirissä on normaalisti jänniteresonanssia, koska itse käämi L2 toimii tehokkaasti AC-jännitelähteenä, joka on kytketty sarjaan toisiopiiriin.

Kun silmukat on liitetty tiettyyn CWS:ään, niiden viritys resonanssiin tehdään seuraavassa järjestyksessä. Ensiöpiiri viritetään saamaan aikaan resonanssi ensiösilmukassa, eli kunnes maksimivirta I1 saavutetaan.

Seuraava vaihe on asettaa toisiopiiri maksimivirtaan (maksimijännite C2:ssa). Ensiöpiiriä säädetään sitten, koska kelan L2 magneettivuo F2 vaikuttaa nyt magneettivuon F1, ja ensiösilmukan resonanssitaajuus muuttuu hieman, koska piirit toimivat nyt yhdessä.

Säädettävät kondensaattorit C1 ja C2 on kätevää samaan aikaan, kun asetettaessa kytkettyjä piirejä osana yhtä lohkoa (kaaviollisesti säädettävät kondensaattorit, joissa on yhteinen roottori, on merkitty yhdistetyillä pistenuolilla, jotka ylittävät ne). Toinen säätömahdollisuus on kytkeä lisäkondensaattorit, joiden kapasiteetti on suhteellisen pieni, rinnan pääkondensaattorin kanssa.

Resonanssia on myös mahdollista säätää säätämällä kierrettyjen kelojen induktanssia, esimerkiksi siirtämällä sydäntä kelan sisällä. Tällaiset "viritettävät" ytimet on merkitty katkoviivoilla, jotka on ylitetty nuolella.

Ketjujen toimintamekanismi toisiinsa

Miksi toisiopiiri vaikuttaa ensiöpiiriin ja miten tämä tapahtuu? Toisiopiirin virta I2 luo oman magneettivuon F2, joka ylittää osittain käämin L1 kierrokset ja indusoi siksi siihen EMF:n, joka on suunnattu (Lenzin säännön mukaan) virtaa I1 vastaan ​​ja siksi pyrimme pienentämään sitä, tämä etsii ensiöpiiriä lisävastuksena, eli tuotettuna resistanssina.

Kun toisiopiiri on viritetty generaattorin taajuudelle, sen ensiöpiiriin tuoma vastus on puhtaasti aktiivinen.

Syötetty resistanssi osoittautuu sitä suuremmiksi, mitä vahvemmat piirit ovat, eli mitä enemmän Kws, sitä suurempi on toisiopiirin ensiöpiiriin tuoma vastus. Itse asiassa tämä lisäysvastus kuvaa toisiopiiriin siirretyn energian määrää.

Jos toisiopiiri on viritetty suhteessa generaattorin taajuuteen, niin sen tuottamassa resistanssissa on aktiivisen lisäksi reaktiivinen komponentti (kapasitiivinen tai induktiivinen, riippuen siitä, mihin suuntaan piiri on haarautunut) .

Ääriviivojen välisen yhteyden koko

Tarkastellaan toisiopiirin virran graafista riippuvuutta generaattorin taajuudesta suhteessa piirien kytkentäkertoimeen Kww. Mitä pienempi ääriviivojen kytkentä on, sitä terävämpi on resonanssi, ja Kww:n kasvaessa resonanssikäyrän huippu ensin tasoittuu (kriittinen kytkentä), ja sitten, jos kytkentä vahvistuu entisestään, se saa kaksitaustaisen ilmeen.

Kriittistä kytkentää pidetään optimaalisena toisiopiirin suurimman tehon saavuttamisen kannalta, jos piirit ovat identtisiä. Kytkentäkerroin tällaiselle optimimoodille on numeerisesti yhtä suuri kuin vaimennusarvo (piirin Q Q-tekijän käänteisluku).

Vahva yhteys (kriittisempi) muodostaa resonanssikäyrän notkahduksen, ja mitä vahvempi tämä yhteys, sitä leveämpi taajuushäviö. Piirien vahvalla kytkennällä ensiösilmukan energia siirretään toisiopiiriin yli 50 %:n hyötysuhteella; Tätä lähestymistapaa käytetään tapauksissa, joissa enemmän tehoa on siirrettävä piiristä toiseen.

Heikko kytkentä (vähemmän kuin kriittinen) tarjoaa resonanssikäyrän, jonka muoto on sama kuin yksittäisellä piirillä. Heikkoa kytkentää käytetään tapauksissa, joissa ei ole tarvetta siirtää merkittävää tehoa ensiösilmukasta toisiopiiriin suurella hyötysuhteella ja on toivottavaa, että toisiopiiri vaikuttaa ensiöpiiriin mahdollisimman vähän.Mitä suurempi toisiopiirin Q-kerroin on, sitä suurempi on sen virran amplitudi resonanssissa. Heikko lenkki soveltuu radiolaitteiden mittaustarkoituksiin.