Вихідні характеристики резонансного підсилювача реактивної електричної потужності у разі варіації схемних параметрів

Abstract

Проведено теоретичне дослідження процесів, що проходять у резонансному підсилювачі реактивної електричної потужності, схема якого представлена двома індуктивно пов’язаними послідовними активно-реактивними контурами, за можливої варіації рівня електромагнітного зв’язку між ними та порушення умов резонансу. Оцінено вихідні характеристики підсилювача реактивної електричної потужності гармонічних сигналів у разі варіації рівня електромагнітного зв’язку між контурами та відхилення робочих частот від резонансних величин. Аналіз перебігу електромагнітних процесів проведено за допомогою відомих методів теорії електричних кіл без залучення будь-яких гіпотез про фізику резонансних явищ. Вперше проведено дослідження резонансного підсилювача реактивної електричної потужності, що дозволяє дати важливі для практики оцінки вихідних характеристик залежно від відхилень величин елементної бази від відповідних умов збудження резонансу напруг. Показано, що найбільше впливає на ефективність ступінь відхилення робочих частот від резонансних значень і рівень електромагнітного зв’язку між контурами запропонованої схеми підсилювача. Встановлено, що енергообмін між контурами підсилювача дозволяє реалізувати режим з максимально можливим коефіцієнтом підсилення за невеликих значень струмів, що збуджуються, або режим з удвічі меншим коефіцієнтом підсилення, але з істотно великими струмами. Практична значущість отриманих результатів визначається можливостями застосування запропонованого підсилювача залежно від потужності джерела напруги. У разі джерел з невеликими амплітудами збуджувального сигналу доцільним є режим з низьким рівнем зв’язку, а за використання потужних джерел гармонічної напруги ліпшим є режим з високим рівнем електромагнітного зв’язку між контурами підсилювача. Важливим для практики є висновок про суттєве зниження коефіцієнта підсилення у разі відхилення частот збудження від резонансних величин. Показано, що варіація частот збудження близько ±5 % призводить до пропорційного зміщення максимумів вихідної потужності щодо резонансної частоти підсилювача, причому однакового як для позитивних, так і негативних варіацій відхилення.

A theoretical study of the processes occurring in a resonant amplifier of reactive electrical power, the circuit of which is represented by two inductively coupled series active-reactive circuits, at a possible variation in the level of electromagnetic coupling between them and a violation of the resonance conditions was carried out . The assessment of the output characteristics of the reactive electrical power amplifier of harmonic signals is performed in case of variations in the level of electromagnetic coupling between them and deviations of operating frequencies from resonant values. The analysis of ongoing electromagnetic processes was carried out using well-known methods of the theory of electrical circuits without involving any hypotheses about the physics of the resonance phenomena. For the first time, a study has been carried out on a resonant amplifier of reactive electrical power, which makes it possible to give practical estimates of output characteristics depending on the deviations of the element base values from the corresponding conditions for excitation of voltage resonance. The greatest influence on the efficiency is exerted by the degree of deviation of operating frequencies from resonant values and the level of electromagnetic coupling between the circuits of the proposed amplifier circuit. It was found that energy exchange between the amplifier circuits makes it possible to implement a mode with the highest possible gain at small values of excited currents or a mode with half the gain, but with significantly higher currents. Practical significance of the obtained results is determined by the possibilities of using the proposed amplifier depending on the power of the voltage source. In the case of sources with small amplitudes of the exciting signal, a mode with a low coupling level is preferable, and when using powerful sources of harmonic voltage, a mode with a high level of electromagnetic coupling between the amplifier circuits is preferable. Of practical interest is the conclusion that the gain decreases significantly when the excitation frequencies deviate from the resonant values. It has been shown that a variation of the excitation frequencies of about ±5 % leads to a proportional shift of the output power maxima relative to the resonant frequency of the amplifier, which are the same for both positive and negative deviation variations.