Parallelresonanz: Verständnis, Berechnungen und Anwendungen in der Elektrotechnik

Beim Studium der Elektronik und der damit verbundenen Prozesse kann man ein so wichtiges Konzept wie die Stromresonanz nicht außer Acht lassen. Neben der Elektronik findet dieses physikalische Phänomen auch in vielen Bereichen Anwendung, darunter in der Elektrotechnik und sogar in der Medizin.

Da die aktuelle Resonanz im Alltag aktiv genutzt wird, ist ein Verständnis ihrer Merkmale und Entstehungsprinzipien erforderlich und Anwendungsgebiete ist nicht nur für Fachleute notwendig, sondern für alle, die sich für dieses Thema interessieren und in verwandten Bereichen arbeiten Bereiche.

Definition und physikalische Bedeutung

Stromresonanz ist ein physikalisches Phänomen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Strom in einem Stromkreis bei Vorhandensein einer bestimmten Wechselstromfrequenz seinen Maximalwert erreicht. Dieses Phänomen ist nur in einem Stromkreis mit Wechselstrom möglich, da die obligatorischen Elemente, die Resonanz verursachen, Kapazität und Induktivität sind, die auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind.

Die physikalische Bedeutung des Phänomens wird deutlich, wenn man die energetische Seite des Prozesses betrachtet. Resonanz entsteht, wenn die im Magnetfeld der Spule gespeicherte Energie der Energie des elektrischen Feldes des Kondensators entspricht. In diesem Fall sind die Schwingungen gegenphasig, wodurch Energie ausgetauscht wird.

Grundlagen der Parallelschleifenresonanz

Eine Resonanz, die in einem Parallelschwingkreis oder RLC-Kreis auftritt, wird als parallel betrachtet. Eine Parallelschaltung besteht aus drei Hauptelementen: r steht für Widerstand, l steht für Induktivität und c steht für Kapazität. Jedes Element spielt eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Resonanz.

Die Hauptbedingung, unter der der Schwingkreis in Resonanz eintritt, ist die Schaffung der Gleichheit XL = XC. In diesem Fall erhöht sich der Widerstand des Schwingkreises gegenüber Wechselstrom deutlich, d. h. es entsteht ein Resonanzwiderstand, ausgedrückt durch die Formel R res = L / CR.

Analyse des Resonanzphänomens in einer Parallelschaltung

Das Auftreten von Resonanz in einem Parallelkreis tritt auf, wenn sich die häufig an ihn angelegte Spannung, die Induktivität der Spule oder die Kapazität des Kondensators ändert. In diesem Fall wird der Wert der zur Resonanzerzeugung erforderlichen Kreisfrequenz durch die Formel v (0) = 1/√LC bestimmt.

Wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, ist die Reaktanz Null und der Ersatzwiderstand wird aktiviert. In diesem Fall sind Eingangsspannung und Strom phasengleich. Das ist Resonanz, und die dargestellte Beziehung wird zur Hauptbedingung für ihr Auftreten.

Formeln und Berechnungen für Resonanzströme

Für die Analyse und Berechnung gibt es mehrere bekannte Formeln, die jeweils auf die Bestimmung eines bestimmten Merkmals abzielen.

Drei Grundformeln:

• Die Formel zur Bestimmung der Resonanzfrequenz lautet fres = 1 / (2π√LC);

Hier bedeutet fres die in Hertz ausgedrückte Resonanzfrequenz, π ist eine mathematische Konstante gleich dem Wert 3,14..., L ist die Induktivität und C ist die Kapazität des Stromkreises.

• Die Formel zur Bestimmung der Amplitude von Strömen lautet Ires = Ui / (ωL);

Dabei ist Ires die Amplitude der Ströme, ausgedrückt in Ampere, Uya die Wannenspannung am Phasenschieber, ω die Kreisfrequenz (2πf) und L die Induktivität.

• Die Formel zur Berechnung des aktiven Widerstands bei Resonanz lautet Ract = Uya / Ires.

Hier ist Ract der aktive Widerstand in Ohm, Uya die Wannenspannung am Phasenschieber und Ires die Amplitude der Ströme.

Die Kenntnis dieser Formeln ermöglicht es Ingenieuren und Elektrofachkräften, elektrische Schaltkreise mit hoher Präzision zu entwerfen und zu konfigurieren.

Vergleich von Parallel- und Serienresonanz

Es gibt zwei Haupttypen der Stromresonanz: Reihen- und Parallelstrom. Im ersten Fall geht man von einem minimalen Widerstand der Nullphase aus, während Parallelresonanz durch die Entstehung gekennzeichnet ist Gleichheit zwischen dem Widerstand von Induktivität und Kapazität, die entgegengesetzt gerichtet sind und sich dementsprechend gegenseitig kompensieren Freund.

Unterschiede und Bedingungen für das Auftreten einer Parallelstromresonanz

Der Typ hängt direkt von den Verbindungsprinzipien ab. Damit eine Parallelresonanz von Strömen auftritt, ist eine Parallelschaltung von Schaltungselementen erforderlich, für eine Reihenschaltung ist eine Reihenschaltung erforderlich.

Parallel tritt auf, wenn es eine Frequenz gibt, bei der die Reaktanzen minimale Werte haben. Für die serielle Schaltung ist eine Frequenz erforderlich, bei der Gleichheit zwischen den Reaktanzen hergestellt wird.

Praktische Anwendung von Serien- und Parallelresonanz

Wie sich aus dem Beschriebenen ergibt, liegt der wesentliche Unterschied zwischen den Phänomenen in der Art der Verknüpfung der reaktiven Elemente, was sich auf die Definition ihrer Anwendungsbereiche auswirkt.

Parallelresonanz wird in Stromregelkreisen in Geräten und Anlagen mit Frequenzregelung aktiv eingesetzt. Die Serienresonanz wird effektiv zur Herstellung von Filtern und Spannungsreglern eingesetzt.

Bei der Wahl zwischen Parallel- und Serienresonanz sollten Sie die Anforderungen des Systems und die Bedingungen für seinen effektiven Betrieb berücksichtigen. Wenn die Spannung entscheidend ist, reicht die Serienresonanz völlig aus. Wenn es auf Strom- oder Frequenzstabilität ankommt, ist Parallelresonanz geeignet.

Praktische Aspekte der Stromresonanz in einem Parallelschwingkreis

Um das Wesen des Phänomens besser zu verstehen, können wir es am Beispiel eines Schwingkreises betrachten, der sich in einem elektronischen Schaltkreis befindet. Seine Hauptelemente sind eine Kapazität, eine Spule und eine parallel geschaltete Induktivität.

Resonanz ist mit dem Auftreten regelmäßiger Schwingungen einer bestimmten Frequenz verbunden, wenn sich die Energie des elektrischen Feldes der Kapazität in das magnetische Feld der Induktivität umwandelt. Es setzt ein starker Widerstand ein, der die Möglichkeit eines ungehinderten Stromdurchgangs ausschließt.

Wenn Strom angelegt wird, akkumuliert der Kondensator eine Ladung, die der Nennspannung der Stromquelle entspricht. Nach dem Abschalten der Quelle schließt sich der Kondensator im Schleifenkreis und sorgt so für eine weitere Übertragung der Entladung auf die Spule. Beim Durchströmen erzeugt der Strom ein Magnetfeld, wodurch eine auf den Strom gerichtete selbstinduktive Kraft entsteht.

Methoden zur Schaltungseinstellung

Der Einrichtungsprozess erfolgt in mehreren Schritten:

1. Abhängig von den Besonderheiten einer bestimmten Anwendung oder eines bestimmten Systems wird die erforderliche Frequenz bestimmt. Dies könnte beispielsweise die Frequenz eines Radiosenders sein, wenn es um die Abstimmung des Empfängers geht.
2. Es werden die notwendigen Schaltungselemente ausgewählt, deren Wert anhand der Formel für die Resonanzfrequenz und den erforderlichen Widerstand ermittelt wird.
3. Ausgewählte Elemente werden verbunden und konfiguriert. Hier gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten: die gezielte Änderung der Induktivitäts-/Kapazitätswerte der Elemente oder die Verwendung einstellbarer (variabler) Komponenten.

Die vorgestellten Optionen sind die wichtigsten Methoden, um einen Schaltkreis in Resonanz zu bringen. Nach Abschluss des Einrichtungsprozesses muss überprüft werden, ob die Resonanzfrequenz den erforderlichen Parametern entspricht und ob die Schaltung bei der eingestellten Frequenz stabil ist. Diese Prüfung erfolgt mit speziellen Messgeräten.

Berechnung der Resonanzkapazität und -induktivität

Die Kapazität wird nach folgender Formel berechnet:

C = 1 / (4π² * L * F), wobei L die Induktivität und F die Resonanzfrequenz ist. Mithilfe der Resonanzkapazitätsformel können Sie die erforderliche Kapazität des Kondensators bestimmen, um den Resonanzzustand des Stromkreises zu erreichen.

Zur Berechnung der Induktivität bei der Resonanzfrequenz wird die folgende Formel verwendet:

L = (1 / (4π² * C * F²)), wobei C die Kapazität und F die Frequenz ist.

Wie aus den dargestellten Formeln ersichtlich ist, besteht ein umgekehrter Zusammenhang zwischen Resonanzkapazität und Induktivität. Eine Wertsteigerung einer dieser Größen führt zu einer Wertminderung der zweiten.

Einsatzgebiete

Die Anwendung dieses Phänomens ist sowohl in hochspezialisierten Bereichen als auch im Alltag anzutreffen.

Industrie- und Technologieanwendungen

Parallelresonanz wird in industriellen und technologischen Anwendungen häufig eingesetzt. In der Automobilindustrie wird dieses Phänomen beispielsweise genutzt, um elektromagnetische Felder zu erzeugen, die es ermöglichen, den Zustand des Motors und aller wichtigen Systeme zu bestimmen.

Basierend auf der Resonanz werden Parameter wie Temperatur, Druck oder Vibration gemessen und gesteuert. Außerdem wird eine allgemeine Diagnose von Systemen durchgeführt. Resonanz wird unter anderem in einer Vielzahl von Filtern, medizinischen Geräten und Anwendungen eingesetzt.

Telekommunikation und Funktechnik

Funkempfänger und -sender stimmen auf die gewünschten Frequenzen ab. Zur Verstärkung des Signals und zur Informationsübertragung dient ein Schwingkreis. Dieser Vorgang ist nur möglich, wenn die Signalfrequenz mit der Resonanzfrequenz des Schaltkreises übereinstimmt, die auch beim Aufstellen von Fernsehgeräten und anderen Geräten verwendet wird.

Die Bedeutung des Phänomens für die moderne Elektronik und Elektrotechnik

Der Einsatz von Resonanz gewährleistet die effizienteste Funktion elektrischer/elektronischer Geräte und Systeme. Resonanz wird zum Abstimmen, Verstärken und Filtern von Signalen verwendet. Die Eigenschaften dieses Phänomens ermöglichen es, maximale Leistung und Selektivität von Signalen im Funkbereich sowie die Unterdrückung nichtresonanter Signale zu erreichen.

Abschluss

Stromresonanz ist ein physikalisches Phänomen, das auf dem Zusammenspiel von Induktivität und Kapazität in einem Stromkreis basiert. Die Wahl zwischen Parallel- oder Serienresonanz erfolgt je nach Systemanforderungen und gewünschten Ergebnissen. Durch die Verwendung von Resonanz können Sie verschiedene Frequenzen verstärken, abstimmen und regulieren Das Phänomen hat Anwendung in der Elektronik, Elektrotechnik, ästhetischen Medizin, Funktechnik usw. gefunden Telekommunikation.

Veröffentlicht am 23.11.2023. Aktualisiert am 23.11.2023 durch den Benutzer Elvira Kasimova