Induktivno spregnuti titrajni krugovi

Razmotrimo dva titrajna kruga postavljena jedan u odnosu na drugi tako da se energija može prenositi iz prvog kruga u drugi i obrnuto.

Oscilatorski krugovi u takvim uvjetima nazivaju se spregnuti krugovi, jer elektromagnetske oscilacije koje se javljaju u jednom od krugova uzrokuju elektromagnetske oscilacije u drugom krugu, a energija se kreće između tih krugova kao da su povezani.

Što je veza između lanaca jača, to se više energije prenosi s jednog lanca na drugi, to lanci intenzivnije utječu jedni na druge.

Veličina međusobnog povezivanja petlje može se kvantificirati koeficijentom sprezanja petlje Kwv, koji se mjeri kao postotak (od 0 do 100%). Spoj strujnog kruga je induktivan (transformatorski), autotransformatorski ili kapacitivni. U ovom ćemo članku razmotriti induktivnu spregu, odnosno stanje kada se međudjelovanje krugova odvija samo zahvaljujući magnetskom (elektromagnetskom) polju.

Induktivna sprega se također naziva transformatorska sprega jer se odvija zbog međusobnog induktivnog djelovanja namota kruga jednih na druge, kao u u transformatoru, s jedinom razlikom što se titrajni krugovi u načelu ne mogu spojiti tako blisko kao što se može uočiti u konvencionalnom transformatoru.

U sustavu spojenih strujnih krugova, jedan od njih se napaja generatorom (iz izvora izmjenične struje), ovaj krug se naziva primarni krug. Na slici je primarni krug onaj koji se sastoji od elemenata L1 i C1. Krug koji prima energiju iz primarnog kruga naziva se sekundarni krug, na slici je predstavljen elementima L2 i C2.

Konfiguracija veze i rezonancija petlje

Kada se struja I1 mijenja u zavojnici L1 primarne petlje (povećava se ili smanjuje), veličina indukcije magnetskog polja B1 oko ove zavojnice se mijenja u skladu s tim i linije sile ovog polja prelaze zavoje sekundarne zavojnice L2. i stoga, prema zakonu elektromagnetske indukcije, u njemu induciraju EMF, što uzrokuje struju I2 u zavojnici L2. Stoga se ispostavlja da se kroz magnetsko polje energija iz primarnog kruga prenosi u sekundar, kao u transformatoru.

Praktično povezane petlje mogu imati stalnu ili promjenljivu vezu, što se ostvaruje metodom proizvodnje petlji, na primjer, zavojnice petlji mogu biti namotane na zajednički okvir, nepomično učvršćene, ili postoji mogućnost fizičkog pomicanje zavojnica jedna u odnosu na drugu, tada je njihov odnos promjenjiv. Zavojnice promjenjivog karika shematski su prikazane sa strelicom koja ih križa.

Dakle, kao što je gore navedeno, koeficijent sprezanja zavojnica Ksv odražava međusobno povezivanje krugova kao postotak, u praksi, ako zamislimo da su namoti isti, tada će pokazati koliki je magnetski tok F1 od zavojnica L1 također pada na zavojnicu L2. Točnije, koeficijent sprege Ksv pokazuje koliko je puta EMF induciran u drugom krugu manji od EMF-a koji bi se u njemu mogao inducirati kada bi u njegovom stvaranju sudjelovale sve magnetske silnice zavojnice L1.

Kako bi se postigle maksimalne dostupne struje i naponi u spojenim krugovima, oni moraju ostati u međusobnoj rezonanciji.

Rezonancija u prijenosnom (primarnom) krugu može biti rezonancija struja ili rezonancija napona, ovisno o uređaju primarnog kruga: ako je generator spojen na krug serijski, tada će rezonancija biti u naponu, ako je paralelno - rezonancija struja. U sekundarnom krugu će normalno postojati naponska rezonancija, budući da sama zavojnica L2 učinkovito djeluje kao izvor izmjeničnog napona spojen serijski na sekundarni krug.

Nakon povezivanja petlji s određenim CWS-om, njihovo ugađanje na rezonanciju vrši se sljedećim redoslijedom. Primarni krug je podešen tako da dobije rezonanciju u primarnoj petlji, odnosno dok se ne postigne maksimalna struja I1.

Sljedeći korak je postaviti sekundarni krug na maksimalnu struju (maksimalni napon na C2). Primarni krug se zatim prilagođava jer magnetski tok F2 iz zavojnice L2 sada utječe na magnetski tok F1, a rezonantna frekvencija primarne petlje se malo mijenja jer krugovi sada rade zajedno.

Pogodno je imati podesive kondenzatore C1 i C2 istovremeno pri postavljanju spojenih krugova izrađenih kao dio jednog bloka (shematski su podesive kondenzatore sa zajedničkim rotorom označene kombiniranim točkastim strelicama koje ih križaju). Druga mogućnost prilagodbe je povezivanje dodatnih kondenzatora relativno malog kapaciteta paralelno s glavnim.

Također je moguće prilagoditi rezonanciju podešavanjem induktiviteta namotanih zavojnica, na primjer pomicanjem jezgre unutar zavojnice. Takve "podesive" jezgre označene su isprekidanim linijama koje su prekrižene strelicom.

Mehanizam djelovanja lanaca jedni na druge

Zašto sekundarni krug utječe na primarni krug i kako se to događa? Struja I2 sekundarnog kruga stvara vlastiti magnetski tok F2, koji djelomično prelazi zavoje zavojnice L1 i stoga u njemu inducira EMF, koji je usmjeren (prema Lenzovu pravilu) protiv struje I1 i stoga je nastojimo smanjiti, to traži primarni krug kao dodatni otpor, odnosno uneseni otpor.

Kada je sekundarni krug podešen na frekvenciju generatora, otpor koji uvodi u primarni krug je čisto aktivan.

Ispada da je uneseni otpor veći što su krugovi jači, odnosno što je više Kws, to je veći otpor koji sekundarni krug unosi u primarni. Zapravo, ovaj umetnuti otpor karakterizira količinu energije prenesene u sekundarni krug.

Ako je sekundarni strujni krug podešen s obzirom na frekvenciju generatora, tada će otpor koji on unosi imati, osim aktivne, i jalovu komponentu (kapacitivnu ili induktivnu, ovisno o smjeru u kojem je krug granan) .

Veličina veze između kontura

Razmotrite grafičku ovisnost struje sekundarnog kruga o frekvenciji generatora u odnosu na faktor sprege Kww krugova. Što je sprega kontura manja, to je rezonancija oštrija, a kako Kww raste, vrh krivulje rezonancije najprije se izravnava (kritična sprega), a zatim, ako sprega postane još jača, dobiva dvostruki izgled.

Kritični spoj smatra se optimalnim sa stajališta dobivanja najveće snage u sekundarnom krugu ako su krugovi identični. Faktor sprege za takav optimalni mod brojčano je jednak vrijednosti prigušenja (recipročna vrijednost Q-faktora kruga Q).

Jaka veza (kritičnija) stvara pad u krivulji rezonancije, a što je ta veza jača, veći je pad frekvencije. Uz jaku vezu krugova, energija iz primarne petlje prenosi se na sekundarnu s učinkovitošću većom od 50%; ovaj se pristup koristi u slučajevima kada je potrebno prenijeti više snage iz kruga u krug.

Slaba sprega (manja od kritične) daje krivulju rezonancije čiji je oblik isti kao za jedan krug. Slaba veza se koristi u slučajevima kada nema potrebe za prijenosom značajne snage iz primarne petlje u sekundarni krug s visokom učinkovitošću, a poželjno je da sekundarni krug što manje utječe na primarni krug.Što je veći Q-faktor sekundarnog kruga, veća je amplituda struje u njemu pri rezonanciji. Slaba karika je prikladna za potrebe mjerenja u radio opremi.