Parallelle resonantie: begrip, berekeningen en toepassingen in de elektrotechniek

Bij het bestuderen van elektronica en daarmee samenhangende processen kan men zo'n belangrijk concept als stroomresonantie niet negeren. Naast de elektronica heeft dit natuurkundige fenomeen zijn toepassing gevonden op vele terreinen, waaronder de elektrotechniek en zelfs de geneeskunde.

Omdat de huidige resonantie actief wordt gebruikt in het dagelijks leven, ontstaat er inzicht in de kenmerken en principes ervan en toepassingsgebieden is niet alleen noodzakelijk voor specialisten, maar ook voor iedereen die geïnteresseerd is in dit onderwerp en in gerelateerd werk werkt gebieden.

Definitie en fysieke betekenis

Stroomresonantie is een fysisch fenomeen dat wordt gekenmerkt doordat de stroom in een elektrisch circuit zijn maximale waarde bereikt in aanwezigheid van een bepaalde frequentie van wisselstroom. Dit fenomeen is alleen mogelijk in een circuit met wisselstroom, omdat de verplichte elementen die resonantie veroorzaken capaciteit en inductie zijn, afgestemd op dezelfde frequentie.

De fysieke betekenis van het fenomeen wordt duidelijk als we de energiekant van het proces in ogenschouw nemen. Resonantie treedt op wanneer de energie die is opgeslagen in het magnetische veld van de spoel gelijk wordt aan de energie van het elektrische veld van de condensator. In dit geval zijn de oscillaties tegengesteld in fase, waardoor energie wordt uitgewisseld.

Basisprincipes van parallelle lusresonantie

Een resonantie die optreedt in een parallel oscillerend circuit of rlc-circuit wordt als parallel beschouwd. Een parallel circuit bevat 3 hoofdelementen: r staat voor weerstand, l staat voor inductie en c staat voor capaciteit. Elk element speelt een belangrijke rol bij het creëren van resonantie.

De belangrijkste voorwaarde waaronder het oscillatiecircuit in resonantie komt, is het creëren van de gelijkheid XL = XC. In dit geval neemt de weerstand van het oscillerende circuit tegen wisselstroom aanzienlijk toe, dat wil zeggen dat er een resonantieweerstand verschijnt, uitgedrukt door de formule R res = L / CR.

Analyse van het fenomeen resonantie in een parallelle schakeling

Het optreden van resonantie in een parallel circuit treedt op wanneer de spanning die er vaak op wordt toegepast, de inductie van de spoel of de capaciteit van de condensator verandert. In dit geval wordt de waarde van de hoekfrequentie die nodig is om resonantie te creëren bepaald door de formule v (0) = 1/√LC.

Wanneer aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan, is de reactantie nul en wordt de equivalente weerstand geactiveerd. In dit geval zijn de ingangsspanning en -stroom in fase. Dit is resonantie, en de gepresenteerde relatie wordt de belangrijkste voorwaarde voor het optreden ervan.

Formules en berekeningen voor resonante stromen

Er zijn verschillende bekende formules voor analyse en berekening, die elk gericht zijn op het bepalen van een specifiek kenmerk.

Drie basisformules:

• De formule die de resonantiefrequentie bepaalt is fres = 1 / (2π√LC);

Hier betekent fres de resonantiefrequentie uitgedrukt in hertz, π is een wiskundige constante gelijk aan de waarde 3,14..., L is de inductantie en C is de capaciteit van het elektrische circuit.

• De formule voor het bepalen van de amplitude van stromen is Ires = Ui / (ωL);

Hier is Ires de amplitude van de stromen, uitgedrukt in ampère, Uya is de putspanning op de faseverschuiver, ω is de hoekfrequentie (2πf) en L is de inductantie.

• De formule voor het berekenen van actieve weerstand bij resonantie is Ract = Uya / Ires.

Hier is Ract de actieve weerstand in ohm, Uya is de bronspanning op de faseverschuiver en Ires is de amplitude van de stromen.

Dankzij de kennis van deze formules kunnen ingenieurs en elektrospecialisten elektrische circuits met hoge precisie ontwerpen en configureren.

Vergelijking van parallelle en serieresonantie

Er zijn twee hoofdtypen stroomresonantie: serieel en parallel. In het eerste geval wordt uitgegaan van een minimale weerstand van de nulfase, terwijl parallelle resonantie wordt gekenmerkt door het ontstaan gelijkheid tussen de weerstand van inductie en capaciteit, die tegengesteld zijn in richting en elkaar dienovereenkomstig compenseren vriend.

Verschillen en voorwaarden voor het optreden van parallelle stroomresonantie

Het type hangt rechtstreeks af van de verbindingsprincipes. Om parallelle resonantie van stromen te laten optreden, is een parallelle aansluiting van circuitelementen noodzakelijk, en voor een serieschakeling is een seriële verbinding vereist.

Parallel treedt op wanneer er een frequentie is waarbij de reactanties minimale waarden hebben. Voor serieel is een frequentie vereist waarbij gelijkheid tussen de reactanties wordt vastgesteld.

Praktische toepassing van serie- en parallelle resonantie

Zoals blijkt uit wat is beschreven, ligt het belangrijkste verschil tussen de verschijnselen in de manier waarop de reactieve elementen met elkaar zijn verbonden, wat de definitie van hun toepassingsgebied beïnvloedt.

Parallelle resonantie heeft actief gebruik gevonden in stroomregelcircuits in apparaten en apparatuur met frequentieregeling. Wat serieresonantie betreft, deze wordt effectief gebruikt om filters te maken, evenals spanningsregelaars.

Bij het kiezen tussen parallelle en serieresonantie moet u rekening houden met de vereisten van het systeem en de voorwaarden voor een effectieve werking ervan. Als spanning de sleutel is, zal serieresonantie het werk prima doen. Als stroom- of frequentiestabiliteit belangrijk is, is parallelle resonantie geschikt.

Praktische aspecten van stroomresonantie in een parallel oscillerend circuit

Om de essentie van het fenomeen beter te begrijpen, kunnen we het beschouwen aan de hand van het voorbeeld van een oscillerend circuit dat zich in een elektronisch circuit bevindt. De belangrijkste elementen zijn een capaciteit, een spoel en een parallel geschakelde inductor.

Resonantie wordt geassocieerd met het optreden van regelmatige oscillaties met een bepaalde frequentie wanneer de energie van het elektrische veld van de capaciteit transformeert in het magnetische veld van inductie. Er begint een sterke weerstand, waardoor de mogelijkheid van ongehinderde stroomdoorgang wordt geëlimineerd.

Wanneer er stroom wordt ingeschakeld, accumuleert de condensator een lading die gelijk is aan de nominale spanning van de stroombron. Nadat de bron is uitgeschakeld, sluit de condensator in het luscircuit, waardoor een verdere overdracht van de ontlading naar de spoel wordt gegarandeerd. Als de stroom er doorheen gaat, veroorzaakt hij de opwekking van een magnetisch veld, waardoor een zelfinductieve kracht ontstaat die op de stroom is gericht.

Methoden voor circuitinstelling

Het installatieproces wordt in verschillende fasen uitgevoerd:

1. Afhankelijk van de specifieke kenmerken van een bepaalde toepassing of systeem wordt de benodigde frequentie bepaald. Dit kan bijvoorbeeld de frequentie van een radiostation zijn als het gaat om het afstemmen van de ontvanger.
2. De benodigde circuitelementen worden geselecteerd, waarvan de waarde wordt vastgesteld op basis van de formule voor de resonantiefrequentie en de vereiste weerstand.
3. Geselecteerde elementen worden aangesloten en geconfigureerd. Er zijn hier twee manieren: het doelbewust veranderen van de inductie-/capaciteitswaarden van de elementen of het gebruik van instelbare (variabele) componenten.

De gepresenteerde opties zijn de belangrijkste methoden voor het afstemmen van een circuit op resonantie. Na voltooiing van het installatieproces is het noodzakelijk om te controleren of de resonantiefrequentie aan de vereiste parameters voldoet, evenals de stabiliteit van het circuit op de ingestelde frequentie. Deze controle wordt uitgevoerd met behulp van speciale meetapparatuur.

Berekening van resonante capaciteit en inductie

De capaciteit wordt berekend met behulp van de formule:

C = 1 / (4π² * L * F), waarbij L de inductantie is en F de resonantiefrequentie. Met behulp van de resonante capaciteitsformule kunt u de vereiste capaciteit van de condensator bepalen om de resonante toestand van het circuit te bereiken.

Om de inductie bij de resonantiefrequentie te berekenen, wordt de volgende formule gebruikt:

L = (1 / (4π² * C * F²)), waarbij C de capaciteit is en F de frequentie.

Zoals uit de gepresenteerde formules blijkt, bestaat er een omgekeerde relatie tussen resonantiecapaciteit en inductie. Een toename van de waarde van een van deze grootheden leidt tot een afname van de waarde van de tweede.

Gebruiksgebieden

De toepassing van dit fenomeen kan zowel op zeer gespecialiseerde gebieden als in het dagelijks leven worden aangetroffen.

Industrie- en technologietoepassingen

Parallelle resonantie wordt veel gebruikt in industriële en technologische toepassingen. In de auto-industrie wordt dit fenomeen bijvoorbeeld gebruikt om elektromagnetische velden te creëren die het mogelijk maken om de toestand van de motor en alle belangrijke systemen te bepalen.

Op basis van resonantie worden parameters zoals temperatuur, druk of trilling gemeten en geregeld. Ook wordt algemene diagnostiek van systemen uitgevoerd. Resonantie wordt onder meer gebruikt in een grote verscheidenheid aan filters, medische apparaten en toepassingen.

Telecommunicatie en radiotechniek

Radio-ontvangers en zenders werken door af te stemmen op de gewenste frequenties. Een oscillerend circuit wordt gebruikt om het signaal te versterken en voor informatieoverdracht te zorgen. Dit proces is alleen mogelijk als de signaalfrequentie overeenkomt met de resonantiefrequentie van de schakeling, die ook wordt gebruikt bij het opzetten van televisies en andere apparatuur.

De betekenis van het fenomeen voor de moderne elektronica en elektrotechniek

Het gebruik van resonantie zorgt voor de meest efficiënte werking van elektrische/elektronische apparaten en systemen. Resonantie wordt gebruikt om signalen af ​​te stemmen, te versterken en te filteren. De eigenschappen van dit fenomeen maken het mogelijk om maximaal vermogen en selectiviteit van signalen in het radiobereik te bereiken, evenals onderdrukking van niet-resonante signalen.

Conclusie

Huidige resonantie is een fysisch fenomeen gebaseerd op de interactie van inductie en capaciteit in een circuit. De keuze tussen parallelle of serieresonantie wordt gemaakt op basis van de systeemvereisten en gewenste resultaten. Door het gebruik van resonantie kunt u verschillende frequenties versterken, afstemmen en regelen het fenomeen heeft toepassing gevonden in de elektronica, elektrotechniek, esthetische geneeskunde, radiotechniek en telecommunicatie.

Gepubliceerd op 23-11-2023 Bijgewerkt op 23-11-2023 door gebruiker Elvira Kasimova