Qual è la risonanza di correnti e tensioni
Reattanza di induttanza e capacità
L'induttanza è la capacità del corpo di accumulare energia in un campo magnetico. È caratterizzato da un ritardo di corrente dalla tensione in fase. Gli elementi induttivi tipici sono induttanze, bobine, trasformatori, motori elettrici.
La capacità si riferisce a elementi che immagazzinano energia attraverso un campo elettrico. Gli elementi capacitivi sono caratterizzati da un ritardo di fase della tensione dalla corrente. Elementi capacitivi: condensatori, varicaps.
Vengono fornite le loro proprietà di base, le sfumature all'interno di questo articolo non vengono prese in considerazione.
Oltre agli elementi elencati, altri hanno anche una certa induttanza e capacità, ad esempio in cavi elettrici distribuiti lungo la sua lunghezza.
Capacità e induttanza in un circuito a corrente alternata
Se nei circuiti CC la capacità in senso generale è una parte rotta del circuito e l'induttanza è un conduttore, nei condensatori e nelle bobine alternate si trova un analogo reattivo di una resistenza.
La reattanza dell'induttore è determinata dalla formula:
Diagramma vettoriale:
Reattanza del condensatore:
Qui w è la frequenza angolare, f è la frequenza nel circuito di corrente sinusoidale, L è l'induttanza, C è la capacità.
Diagramma vettoriale:
Vale la pena notare che nel calcolo degli elementi reattivi collegati in serie, viene utilizzata la formula:
Si noti che il componente capacitivo è preso con un segno meno. Se nel componente è presente anche il componente attivo (resistore), aggiungere secondo la formula del teorema di Pitagora (basato sul diagramma vettoriale):
Da cosa dipende la reattanza? Le caratteristiche reattive dipendono dalla capacità o induttanza, nonché dalla frequenza della corrente alternata.
Se osservi la formula del componente reattivo, puoi vedere che per determinati valori del componente capacitivo o induttivo, la loro differenza sarà zero, quindi rimarrà solo la resistenza nel circuito. Ma queste non sono tutte le caratteristiche di una situazione del genere.
Risonanza di tensione
Se un condensatore e un induttore sono collegati in serie con un generatore, quindi, a condizione che la loro reattanza sia uguale, si verificherà una risonanza di tensione. In questo caso, la parte attiva Z dovrebbe essere il più piccola possibile.
Vale la pena notare che l'induttanza e la capacità hanno qualità reattive solo in esempi idealizzati. Nei circuiti e negli elementi reali, la resistenza attiva dei conduttori è sempre presente, sebbene sia estremamente piccola.
Alla risonanza, si verifica uno scambio di energia tra l'induttore e il condensatore. In esempi ideali, durante la connessione iniziale di una fonte di energia (generatore), l'energia viene accumulata nel condensatore (o induttore) e dopo che è stata spenta, a causa di questo scambio si verificano oscillazioni non smorzate.
Le tensioni su induttanze e capacità sono approssimativamente le stesse, secondo Legge di Ohm:
U = I / X
Dove X è la Xc capacitiva o l'induttanza XL, rispettivamente.
Un circuito costituito da induttanza e capacità è chiamato circuito oscillatorio. La sua frequenza è calcolata dalla formula:
Il periodo di oscillazione è determinato dalla formula di Thompson:
Poiché la reattanza dipende dalla frequenza, la resistenza di induttanza aumenta con l'aumentare della frequenza e diminuisce alla capacità. Quando le resistenze sono uguali, la resistenza totale è notevolmente ridotta, che si riflette nel grafico:
Le caratteristiche principali del circuito sono il fattore qualità (Q) e la frequenza. Se consideriamo il circuito come un quadruplo, il suo coefficiente di trasmissione dopo semplici calcoli si riduce al fattore qualità:
K = q
E la tensione ai terminali del circuito aumenta in proporzione al coefficiente di trasferimento (fattore di qualità) del circuito.
UK = Uin * Q
Con la risonanza della tensione, maggiore è il fattore di qualità, maggiore è la tensione sugli elementi del circuito supererà la tensione del generatore collegato. La tensione può aumentare di decine o centinaia di volte. Questo è mostrato nel grafico:
Le perdite di potenza nel circuito sono dovute solo alla presenza di resistenza attiva. L'energia proveniente dalla fonte di alimentazione viene presa solo per mantenere le fluttuazioni.
Il fattore di potenza sarà uguale a:
cosФ = 1
Questa formula mostra che si verificano perdite dovute alla potenza attiva:
S = P / Cosph
Correnti di risonanza
La risonanza di corrente è osservata nei circuiti in cui l'induttanza e la capacità sono collegate in parallelo.
Il fenomeno consiste nel flusso di grandi correnti tra il condensatore e la bobina, a corrente zero nella parte non ramificata del circuito. Questo perché quando viene raggiunta la frequenza di risonanza, la resistenza totale Z aumenta. Oppure, in termini semplici, suona così: nel punto di risonanza viene raggiunto il valore totale massimo della resistenza Z, dopo di che una delle resistenze aumenta e l'altra diminuisce, a seconda se la frequenza aumenta o diminuisce. Questo viene visualizzato graficamente:
In generale, tutto è simile al fenomeno precedente, le condizioni per l'emergere della risonanza attuale sono le seguenti:
- La frequenza di alimentazione è simile al risonante sul circuito.
- Le conduttività dell'induttanza e capacità per corrente alternata sono pari a BL = Bc, B = 1 / X.
Applicazione pratica
Considera i benefici e i danni delle correnti e delle tensioni di risonanza. Il più grande vantaggio del fenomeno della risonanza ha portato alle apparecchiature di trasmissione radio. In parole semplici, il circuito del ricevitore ha una bobina e un condensatore collegati all'antenna. Modificando l'induttanza (ad esempio spostando il nucleo) o il valore della capacità (ad esempio un condensatore variabile ad aria) si regola la frequenza di risonanza. Di conseguenza, la tensione sulla bobina aumenta e il ricevitore cattura una determinata onda radio.
Questi fenomeni possono essere dannosi nell'ingegneria elettrica, ad esempio sulle linee dei cavi. Un cavo è un'induttanza e una capacità distribuite lungo la lunghezza se la tensione viene applicata a una linea lunga in modalità inattiva (quando il carico non è collegato all'estremità del cavo di fronte alla fonte di alimentazione). Pertanto, esiste il pericolo che si verifichi una rottura dell'isolamento, per evitare ciò, è collegata una zavorra di carico.Inoltre, una situazione simile può portare a guasti di componenti elettronici, strumenti di misura e altre apparecchiature elettriche - queste sono conseguenze pericolose di questo fenomeno.
conclusione
La risonanza di tensioni e correnti è un fenomeno interessante da tenere presente. Si osserva solo nei circuiti induttivi-capacitivi. In circuiti con grandi resistenze attive, non può verificarsi. Riassumendo, rispondendo brevemente alle principali domande su questo argomento:
- Dove e in quali catene si osserva il fenomeno della risonanza?
Nei circuiti capacitivi induttivi.
- Quali sono le condizioni per il verificarsi di risonanza di correnti e tensioni?
Si verifica in condizioni di uguale reattanza. Il circuito deve avere una resistenza attiva minima e la frequenza dell'alimentazione coincide con la frequenza di risonanza del circuito.
- Come trovare la frequenza di risonanza?
In entrambi i casi, con la formula:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Come eliminare il fenomeno?
Aumentando la resistenza nel circuito o modificando la frequenza.
Ora sai qual è la risonanza di correnti e tensioni, quali sono le condizioni per il suo verificarsi e le sue applicazioni pratiche. Per consolidare il materiale, si consiglia di guardare un utile video sull'argomento:
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