Paralēlā rezonanse: izpratne, aprēķini un pielietojumi elektrotehnikā

Pētot elektroniku un ar to saistītos procesus, nevar ignorēt tik svarīgu jēdzienu kā strāvas rezonanse. Papildus elektronikai šī fiziskā parādība ir atradusi savu pielietojumu daudzās jomās, tostarp elektrotehnikā un pat medicīnā.

Tā kā pašreizējā rezonanse tiek aktīvi izmantota ikdienas dzīvē, izpratne par tās iezīmēm un rašanās principiem un pielietojuma jomas ir nepieciešamas ne tikai speciālistiem, bet arī visiem, kam šī tēma interesē un kas ar to nodarbojas apgabali.

Definīcija un fiziskā nozīme

Strāvas rezonanse ir fiziska parādība, ko raksturo strāva elektriskajā ķēdē, kas sasniedz maksimālo vērtību noteiktas frekvences maiņstrāvas klātbūtnē. Šī parādība ir iespējama tikai ķēdē ar maiņstrāvu, jo obligātie elementi, kas izraisa rezonansi, ir kapacitāte un induktivitāte, kas noregulētas uz to pašu frekvenci.

Parādības fiziskā nozīme kļūst skaidra, aplūkojot procesa enerģētisko pusi. Rezonanse rodas, kad spoles magnētiskajā laukā uzkrātā enerģija kļūst vienāda ar kondensatora elektriskā lauka enerģiju. Šajā gadījumā svārstības ir fāzē pretējas, kā rezultātā notiek enerģijas apmaiņa.

Paralēlās cilpas rezonanses pamati

Rezonanse, kas rodas paralēlā svārstību ķēdē vai rlc ķēdē, tiek uzskatīta par paralēlu. Paralēlā ķēde satur 3 galvenos elementus: r apzīmē pretestību, l apzīmē induktivitāti un c apzīmē kapacitāti. Katram elementam ir svarīga loma rezonanses veidošanā.

Galvenais nosacījums, saskaņā ar kuru svārstību ķēde nonāk rezonansē, ir vienādības XL = XC izveidošana. Šajā gadījumā ievērojami palielinās svārstību ķēdes pretestība maiņstrāvai, tas ir, parādās rezonanses pretestība, kas izteikta ar formulu R res = L / CR.

Rezonanses fenomena analīze paralēlā ķēdē

Paralēlā ķēdē rezonanse rodas, mainoties tai bieži pievadītajam spriegumam, spoles induktivitātei vai kondensatora kapacitātei. Šajā gadījumā rezonanses radīšanai nepieciešamās leņķiskās frekvences vērtību nosaka pēc formulas v (0) = 1/√LC.

Ja ir izpildīti noteikti nosacījumi, pretestība ir nulle un tiek aktivizēta līdzvērtīga pretestība. Šajā gadījumā ieejas spriegums un strāva ir vienā fāzē. Tā ir rezonanse, un uzrādītās attiecības kļūst par galveno nosacījumu to rašanās brīdim.

Rezonanses strāvu formulas un aprēķini

Ir vairākas labi zināmas analīzes un aprēķinu formulas, no kurām katra ir paredzēta konkrēta raksturlieluma noteikšanai.

Trīs pamata formulas:

• Formula, kas nosaka rezonanses frekvenci, ir fres = 1 / (2π√LC);

Šeit fres nozīmē rezonanses frekvenci, kas izteikta hercos, π ir matemātiskā konstante, kas vienāda ar vērtību 3,14..., L ir induktivitāte, un C ir elektriskās ķēdes kapacitāte.

• Formula strāvu amplitūdas noteikšanai ir Ires = Ui / (ωL);

Šeit Ires ir strāvu amplitūda, kas izteikta ampēros, Uya ir fāzes pārveidotāja spriegums, ω ir leņķiskā frekvence (2πf), un L ir induktivitāte.

• Formula aktīvās pretestības aprēķināšanai rezonansē ir Ract = Uya / Ires.

Šeit Ract ir aktīvā pretestība omos, Uya ir fāzes pārveidotāja spriegums, un Ires ir strāvu amplitūda.

Zināšanas par šīm formulām ļauj inženieriem un elektriskajiem speciālistiem izstrādāt un konfigurēt elektriskās ķēdes ar augstu precizitāti.

Paralēlās un virknes rezonanses salīdzinājums

Ir divi galvenie strāvas rezonanses veidi - virkne un paralēla. Pirmajā gadījumā tiek pieņemta nulles fāzes minimālā pretestība, savukārt paralēlo rezonansi raksturo radīšana vienādība starp induktivitātes un kapacitātes pretestību, kas ir pretējā virzienā un attiecīgi kompensē viens otru draugs.

Paralēlās strāvas rezonanses rašanās atšķirības un nosacījumi

Veids ir tieši atkarīgs no savienojuma principiem. Lai notiktu paralēla strāvu rezonanse, ir nepieciešams ķēdes elementu paralēlais savienojums, savukārt sērijveidā ir nepieciešams seriālais savienojums.

Paralēli notiek, ja ir frekvence, kurā pretestības koeficientiem ir minimālās vērtības. Seriālajai pārraidei ir nepieciešama frekvence, pie kuras tiek noteikta vienlīdzība starp pretestībām.

Sērijas un paralēlās rezonanses praktiskais pielietojums

Kā redzams no aprakstītā, galvenā atšķirība starp parādībām ir reaktīvo elementu savienojuma veidā, kas ietekmē to pielietojuma jomu definīciju.

Paralēlā rezonanse ir aktīvi izmantota strāvas vadības ķēdēs ierīcēs un iekārtās ar frekvences vadību. Kas attiecas uz sērijas rezonansi, to efektīvi izmanto, lai izveidotu filtrus, kā arī sprieguma regulatorus.

Izvēloties paralēlo un virknes rezonansi, jāņem vērā sistēmas prasības un nosacījumi tās efektīvai darbībai. Ja spriegums ir galvenais, sērijas rezonanse veiks darbu lieliski. Ja svarīga ir strāvas vai frekvences stabilitāte, tad piemērota ir paralēlā rezonanse.

Strāvas rezonanses praktiskie aspekti paralēlā svārstību ķēdē

Lai labāk izprastu parādības būtību, mēs to varam apsvērt, izmantojot elektroniskā shēmā izvietotas svārstību ķēdes piemēru. Tās galvenie elementi ir kapacitāte, spole un paralēli savienots induktors.

Rezonanse ir saistīta ar regulāru noteiktas frekvences svārstību rašanos, kad kapacitātes elektriskā lauka enerģija pārvēršas induktivitātes magnētiskajā laukā. Sākas spēcīga pretestība, novēršot iespēju netraucētai pāriet strāvai.

Kad tiek pielietota jauda, ​​kondensators uzkrāj lādiņu, kas vienāds ar strāvas avota nominālo spriegumu. Pēc avota izslēgšanas kondensators aizveras cilpas ķēdē, nodrošinot turpmāku izlādes pārnešanu uz spoli. Caur to ejot, strāva provocē magnētiskā lauka rašanos, kā rezultātā tiek radīts pret strāvu vērsts pašinduktīvs spēks.

Ķēdes iestatīšanas metodes

Iestatīšanas process tiek veikts vairākos posmos:

1. Atkarībā no konkrētas lietojumprogrammas vai sistēmas specifikas tiek noteikta nepieciešamā frekvence. Piemēram, tā varētu būt radiostacijas frekvence, kad runa ir par uztvērēja noregulēšanu.
2. Tiek atlasīti nepieciešamie ķēdes elementi, kuru vērtība tiek noteikta, pamatojoties uz rezonanses frekvences un nepieciešamās pretestības formulu.
3. Atlasītie elementi ir savienoti un konfigurēti. Šeit ir divi galvenie veidi - mērķtiecīgi mainīt elementu induktivitātes/kapacitātes vērtības vai izmantojot regulējamas (mainīgas) sastāvdaļas.

Piedāvātās iespējas ir galvenās metodes ķēdes noregulēšanai uz rezonansi. Pēc iestatīšanas procesa pabeigšanas ir jāpārbauda, ​​vai rezonanses frekvence atbilst nepieciešamajiem parametriem, kā arī ķēdes stabilitāte iestatītajā frekvencē. Šī pārbaude tiek veikta, izmantojot īpašu mērīšanas aprīkojumu.

Rezonanses kapacitātes un induktivitātes aprēķins

Jaudu aprēķina pēc formulas:

C = 1 / (4π² * L * F), kur L ir induktivitāte un F ir rezonanses frekvence. Izmantojot rezonanses kapacitātes formulu, varat noteikt nepieciešamo kondensatora kapacitāti, lai sasniegtu ķēdes rezonanses stāvokli.

Lai aprēķinātu induktivitāti pie rezonanses frekvences, tiek izmantota šāda formula:

L = (1 / (4π² * C * F²)), kur C ir kapacitāte un F ir frekvence.

Kā redzams no piedāvātajām formulām, pastāv apgriezta sakarība starp rezonanses kapacitāti un induktivitāti. Viena no šiem daudzumiem vērtības pieaugums noved pie otrās vērtības samazināšanās.

Lietošanas jomas

Šīs parādības pielietojumu var sastapt gan ļoti specializētās jomās, gan ikdienas dzīvē.

Rūpniecības un tehnoloģiju pielietojumi

Paralēlā rezonanse ir plaši izmantota rūpnieciskos un tehnoloģiskos lietojumos. Piemēram, automobiļu rūpniecībā šo parādību izmanto, lai radītu elektromagnētiskos laukus, kas ļauj noteikt dzinēja un visu galveno sistēmu stāvokli.

Pamatojoties uz rezonansi, tiek mērīti un kontrolēti tādi parametri kā temperatūra, spiediens vai vibrācija. Tāpat tiek veikta sistēmu vispārējā diagnostika. Rezonanse cita starpā tiek izmantota dažādos filtros, medicīnas ierīcēs un lietojumprogrammās.

Telekomunikācijas un radiotehnika

Radio uztvērēji un raidītāji darbojas, noskaņojot vēlamās frekvences. Svārstību ķēde tiek izmantota, lai pastiprinātu signālu un nodrošinātu informācijas pārsūtīšanu. Šis process ir iespējams tikai tad, ja signāla frekvence atbilst ķēdes rezonanses frekvencei, ko izmanto arī televizoru un citu iekārtu uzstādīšanai.

Parādības nozīme mūsdienu elektronikā un elektrotehnikā

Rezonanses izmantošana nodrošina visefektīvāko elektrisko/elektronisko ierīču un sistēmu darbību. Rezonanse tiek izmantota signālu noskaņošanai, pastiprināšanai un filtrēšanai. Šīs parādības īpašības ļauj sasniegt maksimālo jaudu un signālu selektivitāti radio diapazonā, kā arī nerezonējošo signālu slāpēšanu.

Secinājums

Strāvas rezonanse ir fiziska parādība, kuras pamatā ir induktivitātes un kapacitātes mijiedarbība ķēdē. Izvēle starp paralēlo vai virknes rezonansi tiek veikta, pamatojoties uz sistēmas prasībām un vēlamajiem rezultātiem. Rezonanses izmantošana ļauj pastiprināt, noskaņot un regulēt dažādas frekvences, kuru dēļ tā parādība ir atradusi pielietojumu elektronikā, elektrotehnikā, estētiskajā medicīnā, radiotehnikā un telekomunikācijas.

Publicēts 23.11.2023. Lietotājs atjaunināts 23.11.2023. Elvīra Kasimova