Parallell resonans: forståelse, beregninger og anvendelser innen elektroteknikk

Når man studerer elektronikk og prosesser knyttet til det, kan man ikke ignorere et så viktig konsept som strømresonans. I tillegg til elektronikk, har dette fysiske fenomenet funnet sin anvendelse på mange felt, inkludert elektroteknikk og til og med medisin.

Siden nåværende resonans brukes aktivt i hverdagen, en forståelse av dens funksjoner og prinsipper for forekomst og bruksområder er nødvendig ikke bare for spesialister, men også for alle som er interessert i dette emnet og som jobber i relaterte områder.

Definisjon og fysisk betydning

Strømresonans er et fysisk fenomen som kjennetegnes ved at strømmen i en elektrisk krets når sin maksimale verdi i nærvær av en viss vekselstrømsfrekvens. Dette fenomenet er bare mulig i en krets med vekselstrøm, siden de obligatoriske elementene som forårsaker resonans er kapasitans og induktans, innstilt til samme frekvens.

Den fysiske betydningen av fenomenet blir tydelig når man vurderer energisiden av prosessen. Resonans oppstår når energien som er lagret i magnetfeltet til spolen blir lik energien til det elektriske feltet til kondensatoren. I dette tilfellet er oscillasjonene motsatte i fase, på grunn av hvilken energi utveksles.

Grunnleggende om parallellsløyferesonans

En resonans som oppstår i en parallell oscillerende krets eller rlc-krets regnes som parallell. En parallellkrets inneholder 3 hovedelementer: r står for motstand, l står for induktans og c står for kapasitans. Hvert element spiller en viktig rolle i å skape resonans.

Hovedbetingelsen under hvilken den oscillerende kretsen går inn i resonans er opprettelsen av likheten XL = XC. I dette tilfellet øker motstanden til oscillerende krets til vekselstrøm betydelig, det vil si at det vises en resonansmotstand, uttrykt med formelen R res = L / CR.

Analyse av fenomenet resonans i en parallellkrets

Forekomsten av resonans i en parallellkrets oppstår når spenningen som ofte påføres den, induktansen til spolen eller kapasitansen til kondensatoren endres. I dette tilfellet bestemmes verdien av vinkelfrekvensen som er nødvendig for å skape resonans av formelen v (0) = 1/√LC.

Når visse betingelser er oppfylt, er reaktansen null og den ekvivalente motstanden aktiveres. I dette tilfellet er inngangsspenningen og strømmen i fase. Dette er resonans, og det presenterte forholdet blir hovedbetingelsen for dets forekomst.

Formler og beregninger for resonansstrømmer

Det er flere kjente formler for analyse og beregning, som hver er rettet mot å bestemme en spesifikk egenskap.

Tre grunnleggende formler:

• Formelen som bestemmer resonansfrekvensen er fres = 1 / (2π√LC);

Her betyr fres resonansfrekvensen uttrykt i hertz, π er en matematisk konstant lik verdien 3,14..., L er induktansen, og C er kapasitansen til den elektriske kretsen.

• Formelen for å bestemme amplituden til strømmer er Ires = Ui / (ωL);

Her er Ires amplituden til strømmene, uttrykt i ampere, Uya er brønnspenningen på faseskifteren, ω er vinkelfrekvensen (2πf), og L er induktansen.

• Formelen for å beregne aktiv motstand ved resonans er Ract = Uya / Ires.

Her er Ract den aktive motstanden i ohm, Uya er brønnspenningen på faseskifteren, og Ires er amplituden til strømmene.

Kunnskap om disse formlene gjør at ingeniører og elektrospesialister kan designe og konfigurere elektriske kretser med høy presisjon.

Sammenligning av parallell- og serieresonans

Det er to hovedtyper strømresonans - serie og parallell. I det første tilfellet antas en minimumsmotstand til nullfasen, mens parallellresonans er preget av opprettelsen likhet mellom motstanden til induktans og kapasitans, som er motsatt i retning og følgelig kompenserer hverandre venn.

Forskjeller og betingelser for forekomst av parallellstrømresonans

Typen avhenger direkte av koblingsprinsippene. For at parallellresonans av strømmer skal oppstå, er det nødvendig med en parallellkobling av kretselementer, og for en serie en er det nødvendig med en seriekobling.

Parallell oppstår når det er en frekvens der reaktansene har minimumsverdier. For seriell er det nødvendig med en frekvens der likhet mellom reaktansene etableres.

Praktisk anvendelse av serie- og parallellresonans

Som det fremgår av det som er beskrevet, ligger hovedforskjellen mellom fenomenene i måten de reaktive elementene henger sammen, noe som påvirker definisjonen av deres bruksområde.

Parallell resonans har funnet aktiv bruk i strømstyringskretser i enheter og utstyr med frekvensstyring. Når det gjelder serieresonans, brukes den effektivt til å lage filtre, så vel som spenningsregulatorer.

Når du velger mellom parallell- og serieresonans, bør du ta hensyn til kravene til systemet og betingelsene for effektiv drift. Hvis spenning er nøkkelen, vil serieresonans gjøre jobben helt fint. Hvis strøm- eller frekvensstabilitet er viktig, er parallellresonans egnet.

Praktiske aspekter ved strømresonans i en parallell oscillerende krets

For bedre å forstå essensen av fenomenet, kan vi vurdere det ved å bruke eksemplet på en oscillerende krets plassert i en elektronisk krets. Hovedelementene er en kapasitans, en spole og en induktor koblet parallelt.

Resonans er assosiert med forekomsten av vanlige oscillasjoner av en viss frekvens når energien til det elektriske feltet til kapasitansen forvandles til det magnetiske induktansfeltet. Sterk motstand begynner, og eliminerer muligheten for uhindret strømgjennomgang.

Når strøm tilføres, akkumulerer kondensatoren en ladning som tilsvarer nominell spenning til strømkilden. Etter at kilden er slått av, lukkes kondensatoren i sløyfekretsen, noe som sikrer videre overføring av utladningen til spolen. Når den passerer gjennom den, provoserer strømmen genereringen av et magnetisk felt, som et resultat av at det skapes en selvinduktiv kraft rettet mot strømmen.

Kretsinnstillingsmetoder

Oppsettsprosessen utføres i flere stadier:

1. Avhengig av spesifikasjonene til en bestemt applikasjon eller system, bestemmes den nødvendige frekvensen. Dette kan for eksempel være frekvensen til en radiostasjon når det gjelder å stille inn mottakeren.
2. De nødvendige kretselementene velges, hvis verdi er etablert basert på formelen for resonansfrekvensen og den nødvendige motstanden.
3. Utvalgte elementer kobles til og konfigureres. Det er to hovedmåter her - målrettet endring av induktans-/kapasitansverdiene til elementene eller bruk av justerbare (variable) komponenter.

De presenterte alternativene er hovedmetodene for å stille inn en krets til resonans. Etter å ha fullført oppsettsprosessen, er det nødvendig å sjekke om resonansfrekvensen oppfyller de nødvendige parameterne, samt stabiliteten til kretsen ved den innstilte frekvensen. Denne kontrollen utføres ved hjelp av spesialmåleutstyr.

Beregning av resonanskapasitans og induktans

Kapasiteten beregnes ved hjelp av formelen:

C = 1 / (4π² * L * F), der L er induktansen og F er resonansfrekvensen. Ved å bruke resonanskapasitansformelen kan du bestemme den nødvendige kapasitansen til kondensatoren for å oppnå resonanstilstanden til kretsen.

For å beregne induktansen ved resonansfrekvensen, brukes følgende formel:

L = (1 / (4π² * C * F²)), hvor C er kapasitansen og F er frekvensen.

Som man kan se fra de presenterte formlene, er det et omvendt forhold mellom resonanskapasitans og induktans. En økning i verdien av en av disse mengdene fører til en reduksjon i verdien av den andre.

Bruksområder

Anvendelsen av dette fenomenet kan møtes både i høyt spesialiserte områder og i hverdagen.

Industri og teknologiapplikasjoner

Parallell resonans har blitt mye brukt i industrielle og teknologiske applikasjoner. For eksempel, i bilindustrien brukes dette fenomenet til å skape elektromagnetiske felt som gjør det mulig å bestemme tilstanden til motoren og alle større systemer.

Basert på resonans blir parametere som temperatur, trykk eller vibrasjon målt og kontrollert. Også generell diagnostikk av systemer utføres. Resonans brukes blant annet i et bredt utvalg av filtre, medisinsk utstyr og applikasjoner.

Telekommunikasjon og radioteknikk

Radiomottakere og -sendere fungerer ved å stille inn de ønskede frekvensene. En oscillerende krets brukes til å forsterke signalet og gi informasjonsoverføring. Denne prosessen er bare mulig hvis signalfrekvensen samsvarer med resonansfrekvensen til kretsen, som også brukes når du setter opp fjernsyn og annet utstyr.

Fenomenets betydning for moderne elektronikk og elektroteknikk

Bruken av resonans sikrer den mest effektive funksjonen til elektriske/elektroniske enheter og systemer. Resonans brukes til å stille inn, forsterke og filtrere signaler. Egenskapene til dette fenomenet gjør det mulig å oppnå maksimal kraft og selektivitet for signaler i radioområdet, samt undertrykkelse av ikke-resonante signaler.

Konklusjon

Strømresonans er et fysisk fenomen basert på samspillet mellom induktans og kapasitans i en krets. Valget mellom parallell- eller serieresonans gjøres ut fra systemkravene og ønskede resultater. Bruken av resonans lar deg forsterke, stille inn og regulere ulike frekvenser, på grunn av dette Fenomenet har funnet anvendelse innen elektronikk, elektroteknikk, estetisk medisin, radioteknikk og telekommunikasjon.

Publisert 23.11.2023 Oppdatert 23.11.2023 av bruker Elvira Kasimova