Rezonanța paralelă: înțelegere, calcule și aplicații în inginerie electrică

Când studiem electronica și procesele asociate cu aceasta, nu se poate ignora un concept atât de important precum rezonanța curentă. Pe lângă electronică, acest fenomen fizic și-a găsit aplicația în multe domenii, inclusiv în inginerie electrică și chiar în medicină.

Deoarece rezonanța actuală este utilizată în mod activ în viața de zi cu zi, o înțelegere a caracteristicilor și principiilor sale de apariție iar domeniile de aplicare sunt necesare nu numai pentru specialiști, ci și pentru toți cei interesați de acest subiect și care lucrează în domenii conexe. zone.

Definiție și semnificație fizică

Rezonanța curentului este un fenomen fizic care se caracterizează prin faptul că curentul dintr-un circuit electric atinge valoarea maximă în prezența unei anumite frecvențe de curent alternativ. Acest fenomen este posibil doar într-un circuit cu curent alternativ, deoarece elementele obligatorii care provoacă rezonanță sunt capacitatea și inductanța, reglate la aceeași frecvență.

Sensul fizic al fenomenului devine clar atunci când luăm în considerare partea energetică a procesului. Rezonanța apare atunci când energia stocată în câmpul magnetic al bobinei devine egală cu energia câmpului electric al condensatorului. În acest caz, oscilațiile sunt opuse în fază, datorită cărora se face schimb de energie.

Bazele rezonanței buclei paralele

O rezonanță care apare într-un circuit oscilator paralel sau într-un circuit rlc este considerată paralelă. Un circuit paralel conține 3 elemente principale: r înseamnă rezistență, l reprezintă inductanță și c reprezintă capacitate. Fiecare element joacă un rol important în crearea rezonanței.

Condiția principală în care circuitul oscilator intră în rezonanță este crearea egalității XL = XC. În acest caz, rezistența circuitului oscilator la curentul alternativ crește semnificativ, adică apare o rezistență rezonantă, exprimată prin formula R res = L / CR.

Analiza fenomenului de rezonanță într-un circuit paralel

Apariția rezonanței într-un circuit paralel are loc atunci când se modifică tensiunea aplicată frecvent acestuia, inductanța bobinei sau capacitatea condensatorului. În acest caz, valoarea frecvenței unghiulare necesară pentru a crea rezonanță este determinată de formula v (0) = 1/√LC.

Când sunt îndeplinite anumite condiții, reactanța este zero și rezistența echivalentă este activată. În acest caz, tensiunea de intrare și curentul sunt în fază. Aceasta este rezonanța, iar relația prezentată devine principala condiție pentru apariția ei.

Formule și calcule pentru curenți de rezonanță

Există mai multe formule binecunoscute pentru analiză și calcul, fiecare dintre acestea având ca scop determinarea unei caracteristici specifice.

Trei formule de bază:

• Formula care determină frecvența de rezonanță este fres = 1 / (2π√LC);

Aici fres înseamnă frecvența de rezonanță exprimată în herți, π este o constantă matematică egală cu valoarea 3,14..., L este inductanța și C este capacitatea circuitului electric.

• Formula pentru determinarea amplitudinii curenților este Ires = Ui / (ωL);

Aici Ires este amplitudinea curenților, exprimată în amperi, Uya este tensiunea de bine pe defazatorul, ω este frecvența unghiulară (2πf) și L este inductanța.

• Formula de calcul a rezistenței active la rezonanță este Ract = Uya / Ires.

Aici Ract este rezistența activă în ohmi, Uya este tensiunea de puț pe comutatorul de fază și Ires este amplitudinea curenților.

Cunoașterea acestor formule permite inginerilor și specialiștilor în electricitate să proiecteze și să configureze circuite electrice cu mare precizie.

Comparația rezonanței paralele și seriei

Există două tipuri principale de rezonanță curentă - serie și paralelă. În primul caz, se presupune o rezistență minimă a fazei zero, în timp ce rezonanța paralelă este caracterizată de crearea egalitatea între rezistența inductanței și a capacității, care sunt opuse în direcție și, în consecință, se compensează reciproc prieten.

Diferențele și condițiile pentru apariția rezonanței curentului paralel

Tipul depinde direct de principiile de conectare. Pentru a avea loc rezonanța paralelă a curenților, este necesară o conexiune în paralel a elementelor circuitului, iar pentru una în serie este necesară o conexiune în serie.

Paralelul apare atunci când există o frecvență la care reactanțele au valori minime. Pentru seriale, este necesară o frecvență la care se stabilește egalitatea dintre reactanțe.

Aplicarea practică a rezonanței în serie și paralelă

După cum se poate observa din cele descrise, diferența cheie dintre fenomene constă în modul în care elementele reactive sunt conectate, ceea ce afectează definirea domeniilor lor de aplicare.

Rezonanța paralelă a găsit o utilizare activă în circuitele de control al curentului în dispozitive și echipamente cu control al frecvenței. În ceea ce privește rezonanța în serie, este utilizată eficient pentru a crea filtre, precum și regulatoare de tensiune.

Atunci când alegeți între rezonanța în paralel și în serie, ar trebui să luați în considerare cerințele sistemului și condițiile pentru funcționarea eficientă a acestuia. Dacă tensiunea este cheia, atunci rezonanța în serie va face treaba foarte bine. Dacă stabilitatea curentului sau a frecvenței este importantă, atunci rezonanța paralelă este potrivită.

Aspecte practice ale rezonanței curentului într-un circuit oscilant paralel

Pentru a înțelege mai bine esența fenomenului, îl putem considera folosind exemplul unui circuit oscilator situat într-un circuit electronic. Elementele sale principale sunt o capacitate, o bobină și un inductor conectate în paralel.

Rezonanța este asociată cu apariția oscilațiilor regulate de o anumită frecvență atunci când energia câmpului electric al capacității se transformă în câmpul magnetic al inductanței. Începe rezistența puternică, eliminând posibilitatea trecerii nestingherite a curentului.

Când este aplicată puterea, condensatorul acumulează o sarcină egală cu tensiunea nominală a sursei de curent. După ce sursa este oprită, condensatorul se închide în circuitul buclei, asigurând transferul suplimentar al descărcării către bobină. Trecând prin el, curentul provoacă generarea unui câmp magnetic, în urma căruia se creează o forță auto-inductivă îndreptată către curent.

Metode de setare a circuitului

Procesul de configurare se desfășoară în mai multe etape:

1. În funcție de specificul unei anumite aplicații sau sistemului, se determină frecvența necesară. De exemplu, aceasta ar putea fi frecvența unui post de radio atunci când vine vorba de reglarea receptorului.
2. Sunt selectate elementele de circuit necesare, a căror valoare este stabilită pe baza formulei pentru frecvența de rezonanță și rezistența necesară.
3. Elementele selectate sunt conectate și configurate. Există două moduri principale aici - modificarea intenționată a valorilor inductanței/capacitanței elementelor sau utilizarea componentelor reglabile (variabile).

Opțiunile prezentate sunt principalele metode de reglare a unui circuit în rezonanță. După finalizarea procesului de configurare, este necesar să se verifice dacă frecvența de rezonanță îndeplinește parametrii necesari, precum și stabilitatea circuitului la frecvența setată. Această verificare se efectuează cu ajutorul unor echipamente speciale de măsurare.

Calculul capacității de rezonanță și inductanței

Capacitatea se calculează folosind formula:

C = 1 / (4π² * L * F), unde L este inductanța și F este frecvența de rezonanță. Folosind formula capacității rezonante, puteți determina capacitatea necesară a condensatorului pentru a obține starea de rezonanță a circuitului.

Pentru a calcula inductanța la frecvența de rezonanță, se folosește următoarea formulă:

L = (1 / (4π² * C * F²)), unde C este capacitatea și F este frecvența.

După cum se poate observa din formulele prezentate, există o relație inversă între capacitatea de rezonanță și inductanță. O creștere a valorii uneia dintre aceste cantități duce la o scădere a valorii celei de-a doua.

Domenii de utilizare

Aplicarea acestui fenomen poate fi întâlnită atât în ​​domenii înalt specializate, cât și în viața de zi cu zi.

Aplicații industriale și tehnologice

Rezonanța paralelă a fost utilizată pe scară largă în aplicații industriale și tehnologice. De exemplu, în industria auto, acest fenomen este folosit pentru a crea câmpuri electromagnetice care fac posibilă determinarea stării motorului și a tuturor sistemelor majore.

Pe baza rezonanței, sunt măsurați și controlați parametri precum temperatura, presiunea sau vibrația. De asemenea, se efectuează diagnosticarea generală a sistemelor. Rezonanța este utilizată într-o mare varietate de filtre, dispozitive medicale și aplicații, printre altele.

Telecomunicații și inginerie radio

Receptoarele și transmițătoarele radio funcționează prin acordarea la frecvențele dorite. Un circuit oscilator este utilizat pentru a amplifica semnalul și pentru a asigura transferul de informații. Acest proces este posibil numai dacă frecvența semnalului se potrivește cu frecvența de rezonanță a circuitului, care este, de asemenea, utilizată la instalarea televizoarelor și a altor echipamente.

Semnificația fenomenului pentru electronica modernă și inginerie electrică

Utilizarea rezonanței asigură cea mai eficientă funcționare a dispozitivelor și sistemelor electrice/electronice. Rezonanța este folosită pentru a regla, amplifica și filtra semnalele. Proprietățile acestui fenomen fac posibilă atingerea puterii și selectivității maxime a semnalelor în domeniul radio, precum și suprimarea semnalelor nerezonante.

Concluzie

Rezonanța curentului este un fenomen fizic bazat pe interacțiunea inductanței și capacității într-un circuit. Alegerea între rezonanța în paralel sau în serie se face pe baza cerințelor sistemului și a rezultatelor dorite. Utilizarea rezonanței vă permite să amplificați, să reglați și să reglați diferite frecvențe, datorită cărora fenomenul și-a găsit aplicație în electronică, inginerie electrică, medicina estetică, inginerie radio și telecomunicatii.

Publicat 23.11.2023 Actualizat 23.11.2023 de utilizator Elvira Kasimova