Parallell resonans: förståelse, beräkningar och tillämpningar inom elektroteknik

När man studerar elektronik och processer förknippade med den kan man inte ignorera ett så viktigt koncept som strömresonans. Förutom elektronik har detta fysiska fenomen funnit sin tillämpning inom många områden, inklusive elektroteknik och till och med medicin.

Eftersom nuvarande resonans används aktivt i vardagen, en förståelse för dess egenskaper och principer för förekomst och applikationsområden är nödvändiga inte bara för specialister utan också för alla som är intresserade av detta ämne och som arbetar med relaterade områden.

Definition och fysisk betydelse

Strömresonans är ett fysiskt fenomen som kännetecknas av att strömmen i en elektrisk krets når sitt maximala värde i närvaro av en viss frekvens av växelström. Detta fenomen är endast möjligt i en krets med växelström, eftersom de obligatoriska elementen som orsakar resonans är kapacitans och induktans, inställda på samma frekvens.

Den fysiska innebörden av fenomenet blir tydlig när man överväger energisidan av processen. Resonans uppstår när energin som lagras i spolens magnetfält blir lika med energin i kondensatorns elektriska fält. I detta fall är svängningarna motsatta i fas, på grund av vilken energi utbyts.

Grunderna i parallell loopresonans

En resonans som uppstår i en parallell oscillerande krets eller rlc-krets anses vara parallell. En parallellkrets innehåller tre huvudelement: r står för resistans, l står för induktans och c står för kapacitans. Varje element spelar en viktig roll för att skapa resonans.

Huvudvillkoret under vilket den oscillerande kretsen går in i resonans är skapandet av likheten XL = XC. I det här fallet ökar oscillationskretsens motstånd mot växelström avsevärt, det vill säga ett resonansmotstånd uppträder, uttryckt med formeln R res = L / CR.

Analys av fenomenet resonans i en parallellkrets

Förekomsten av resonans i en parallellkrets inträffar när spänningen som ofta appliceras på den, spolens induktans eller kondensatorns kapacitans ändras. I detta fall bestäms värdet på den vinkelfrekvens som krävs för att skapa resonans av formeln v (0) = 1/√LC.

När vissa villkor är uppfyllda är reaktansen noll och motsvarande resistans aktiveras. I detta fall är ingångsspänningen och strömmen i fas. Detta är resonans, och det presenterade förhållandet blir huvudvillkoret för dess förekomst.

Formler och beräkningar för resonansströmmar

Det finns flera välkända formler för analys och beräkning, som var och en syftar till att bestämma en specifik egenskap.

Tre grundläggande formler:

• Formeln som bestämmer resonansfrekvensen är fres = 1 / (2π√LC);

Här betyder fres resonansfrekvensen uttryckt i hertz, π är en matematisk konstant lika med värdet 3,14..., L är induktansen och C är kapacitansen för den elektriska kretsen.

• Formeln för att bestämma strömamplituden är Ires = Ui / (ωL);

Här är Ires strömmarnas amplitud, uttryckt i ampere, Uya är brunnsspänningen på fasskiftaren, ω är vinkelfrekvensen (2πf), och L är induktansen.

• Formeln för att beräkna aktivt motstånd vid resonans är Ract = Uya / Ires.

Här är Ract det aktiva motståndet i ohm, Uya är brunnsspänningen på fasskiftaren och Ires är strömmarnas amplitud.

Kunskap om dessa formler gör att ingenjörer och elspecialister kan designa och konfigurera elektriska kretsar med hög precision.

Jämförelse av parallell- och serieresonans

Det finns två huvudtyper av strömresonans - serie och parallell. I det första fallet antas ett minimimotstånd för nollfasen, medan parallellresonans kännetecknas av skapandet likhet mellan induktansresistans och kapacitans, som är motsatta i riktningen och följaktligen kompenserar varandra vän.

Skillnader och villkor för förekomsten av parallellströmresonans

Typen beror direkt på anslutningsprinciperna. För att parallellresonans av strömmar ska uppstå krävs en parallellkoppling av kretselement, och för en serie ett krävs en seriekoppling.

Parallell uppstår när det finns en frekvens vid vilken reaktanserna har minimivärden. För seriell krävs en frekvens vid vilken jämlikhet mellan reaktanserna etableras.

Praktisk tillämpning av serie- och parallellresonans

Som framgår av det som har beskrivits ligger den viktigaste skillnaden mellan fenomenen i hur de reaktiva elementen hänger ihop, vilket påverkar definitionen av deras användningsområden.

Parallell resonans har funnit aktiv användning i strömstyrkretsar i enheter och utrustning med frekvensstyrning. När det gäller serieresonans används den effektivt för att skapa filter, såväl som spänningsregulatorer.

När du väljer mellan parallell- och serieresonans bör du ta hänsyn till systemets krav och villkoren för dess effektiva drift. Om spänningen är nyckeln, kommer serieresonans att göra jobbet bra. Om ström- eller frekvensstabilitet är viktigt, är parallellresonans lämplig.

Praktiska aspekter av strömresonans i en parallell oscillerande krets

För att bättre förstå essensen av fenomenet kan vi överväga det med exemplet på en oscillerande krets som ligger i en elektronisk krets. Dess huvudelement är en kapacitans, en spole och en parallellkopplad induktor.

Resonans är associerad med förekomsten av regelbundna svängningar av en viss frekvens när energin i kapacitansens elektriska fält omvandlas till det magnetiska induktansfältet. Starkt motstånd börjar, vilket eliminerar möjligheten för obehindrad passage av ström.

När ström tillförs ackumulerar kondensatorn en laddning som är lika med strömkällans märkspänning. Efter att källan stängts av stänger kondensatorn i slingkretsen, vilket säkerställer ytterligare överföring av urladdningen till spolen. Genom att passera genom den provocerar strömmen genereringen av ett magnetfält, som ett resultat av vilket en självinduktiv kraft skapas riktad mot strömmen.

Kretsinställningsmetoder

Installationsprocessen utförs i flera steg:

1. Beroende på specifikationerna för en viss applikation eller system, bestäms den erforderliga frekvensen. Detta kan till exempel vara frekvensen för en radiostation när det gäller att ställa in mottagaren.
2. De nödvändiga kretselementen väljs, vars värde fastställs baserat på formeln för resonansfrekvensen och det erforderliga motståndet.
3. Utvalda element ansluts och konfigureras. Det finns två huvudsakliga sätt här - att målmedvetet ändra induktans-/kapacitansvärdena för elementen eller använda justerbara (variabla) komponenter.

De presenterade alternativen är de viktigaste metoderna för att ställa in en krets till resonans. Efter att ha slutfört installationsprocessen är det nödvändigt att kontrollera om resonansfrekvensen uppfyller de nödvändiga parametrarna, såväl som kretsens stabilitet vid den inställda frekvensen. Denna kontroll utförs med hjälp av speciell mätutrustning.

Beräkning av resonanskapacitans och induktans

Kapaciteten beräknas med formeln:

C = 1 / (4π² * L * F), där L är induktansen och F är resonansfrekvensen. Med hjälp av resonanskapacitansformeln kan du bestämma den erforderliga kapacitansen för kondensatorn för att uppnå kretsens resonanstillstånd.

För att beräkna induktansen vid resonansfrekvensen används följande formel:

L = (1 / (4π² * C * F²)), där C är kapacitansen och F är frekvensen.

Som framgår av de presenterade formlerna finns det ett omvänt förhållande mellan resonanskapacitans och induktans. En ökning av värdet på en av dessa kvantiteter leder till en minskning av värdet på den andra.

Användningsområden

Tillämpningen av detta fenomen kan påträffas både inom högt specialiserade områden och i vardagen.

Industri- och tekniktillämpningar

Parallell resonans har använts i stor utsträckning i industriella och tekniska tillämpningar. Till exempel, inom bilindustrin används detta fenomen för att skapa elektromagnetiska fält som gör det möjligt att bestämma tillståndet hos motorn och alla större system.

Baserat på resonans mäts och kontrolleras parametrar som temperatur, tryck eller vibration. Dessutom utförs allmän diagnostik av system. Resonans används bland annat i en mängd olika filter, medicinsk utrustning och applikationer.

Telekommunikation och radioteknik

Radiomottagare och sändare fungerar genom att ställa in de önskade frekvenserna. En oscillerande krets används för att förstärka signalen och tillhandahålla informationsöverföring. Denna process är endast möjlig om signalfrekvensen stämmer överens med kretsens resonansfrekvens, som också används vid installation av tv-apparater och annan utrustning.

Fenomenets betydelse för modern elektronik och elektroteknik

Användningen av resonans säkerställer den mest effektiva funktionen hos elektriska/elektroniska enheter och system. Resonans används för att ställa in, förstärka och filtrera signaler. Egenskaperna hos detta fenomen gör det möjligt att uppnå maximal effekt och selektivitet för signaler i radioområdet, såväl som undertryckande av icke-resonanta signaler.

Slutsats

Strömresonans är ett fysiskt fenomen baserat på interaktionen mellan induktans och kapacitans i en krets. Valet mellan parallell- eller serieresonans görs utifrån systemkraven och önskade resultat. Användningen av resonans gör att du kan förstärka, ställa in och reglera olika frekvenser, på grund av vilket fenomenet har funnit tillämpning inom elektronik, elektroteknik, estetisk medicin, radioteknik och telekommunikation.

Publicerad 2023-11-23 Uppdaterad 2023-11-23 av användare Elvira Kasimova