Quina és la ressonància de corrents i tensions
Reactància i capacitança d’inductància
La inductància és la capacitat del cos per acumular energia en un camp magnètic. Es caracteritza per un retard de corrent de tensió en fase. Els elements inductius típics són els engranatges, les bobines, els transformadors, els motors elèctrics.
La capacitat es refereix a elements que emmagatzemen energia mitjançant un camp elèctric. Els elements capacitius es caracteritzen per un retard de fase de la tensió del corrent. Elements capacitius: condensadors, varicaps.
Es donen les seves propietats bàsiques i no es tenen en compte els matisos d’aquest article.
A més dels elements que figuren, altres també tenen una certa inductància i capacitança, per exemple, en cables elèctrics distribuïts al llarg de la seva longitud.
Capacitança i inductància en un circuit de corrent altern
Si en circuits de corrent continu la capacitança en el sentit general és una part trencada del circuit i la inductància és un conductor, aleshores, en els condensadors alternats i les bobines són un analògic reactiu d’una resistència.
La reactància de l’inductor es determina mitjançant la fórmula:
Diagrama vectorial:
Reactància del condensador:
Aquí és la freqüència angular, f és la freqüència en el circuit de corrent sinusoïdal, L és la inductància, C és la capacitança.
Diagrama vectorial:
Cal destacar que en el càlcul d’elements reactius connectats en sèrie, s’utilitza la fórmula:
Tingueu en compte que el component capacitiu es pren amb un signe menys. Si el component actiu (resistència) també està present al circuit, afegiu-hi segons la fórmula del teorema de Pitàgores (basat en el diagrama vectorial):
De què depèn la reacció? Les característiques reactives depenen de la capacitança o inductància, així com de la freqüència del corrent altern.
Si mireu la fórmula del component reactiu, podeu veure que per a determinats valors del component capacitiu o inductiu, la seva diferència serà zero, només quedarà al circuit la resistència activa. Però no es tracta de totes les característiques d’una situació així.
Ressonància de tensió
Si un condensador i un inductor estan connectats en sèrie amb un generador, sempre que la reactància sigui igual, es produirà una ressonància de tensió. En aquest cas, la part activa Z hauria de ser el més petita possible.
Val la pena assenyalar que la inductància i la capacitança tenen qualitats reactives només en exemples idealitzats. En circuits i elements reals, la resistència activa dels conductors sempre és present, tot i que és extremadament petita.
En ressonància, es produeix un intercanvi d’energia entre l’inductor i el condensador. En exemples ideals, durant la connexió inicial d’una font d’energia (generador), s’acumula energia al condensador (o inductor) i després d’apagar-la, es produeixen oscil·lacions no obstruïdes a causa d’aquest intercanvi.
Les tensions en els inductors i les capacitats són aproximadament les mateixes, segons Ohm's law:
U = I / X
On X és el capacitiu Xc o la inductància XL, respectivament.
Un circuit format per inductància i capacitança s’anomena circuit oscil·lador. La seva freqüència es calcula mitjançant la fórmula:
El període d’oscil·lació està determinat per la fórmula de Thompson:
Com que la reactància depèn de la freqüència, la resistència a la inductància augmenta amb la freqüència creixent i disminueix a la capacitança. Quan les resistències són iguals, es redueix molt la resistència total, que es reflecteix en el gràfic:
Les principals característiques del circuit són el factor qualitat (Q) i la freqüència. Si considerem el circuit com un terminal de quatre, el seu coeficient de transmissió després de senzills càlculs es redueix al factor qualitat:
K = q
I la tensió als terminals del circuit augmenta en proporció al coeficient de transferència (factor de qualitat) del circuit.
Regne Unit = Uin * Q
Amb una ressonància de tensió, com més gran sigui el factor qualitat, major serà la tensió sobre els elements del circuit que sobrepassarà la tensió del generador connectat. El voltatge pot augmentar desenes o centenars de vegades. Això es mostra al gràfic:
Les pèrdues d’energia al circuit només es deuen a la presència de resistència activa. L’energia procedent de la font d’energia només es pren per mantenir fluctuacions.
El factor de potència serà igual a:
cosФ = 1
Aquesta fórmula mostra que les pèrdues es produeixen a causa del poder actiu:
S = P / Cosph
Corrents de ressonància
La ressonància de corrent s’observa en circuits on la inductància i la capacitança estan connectades en paral·lel.
El fenomen consisteix en el flux de grans corrents entre el condensador i la bobina, a corrent zero a la part no regulada del circuit. Això és degut a que quan s’aconsegueix la freqüència de ressonància, la resistència total Z augmenta. O, en termes simples, sona així: en el punt de ressonància s’assoleix el valor total màxim de la resistència Z, després de la qual cosa una de les resistències augmenta i l’altra disminueix, segons si la freqüència augmenta o disminueix. Es mostra gràficament:
En general, tot és similar al fenomen anterior, les condicions per a l’emergència de la ressonància actual són les següents:
- La freqüència de potència és similar a la ressonant al circuit.
- La conductivitat de la inductància i la capacitança del corrent altern són iguals a BL = Bc, B = 1 / X.
Aplicació pràctica
Considereu els avantatges i els perjudicis dels corrents i tensions de ressonància. El major benefici del fenomen de ressonància que comporta els equips de transmissió de ràdio. En paraules simples, el circuit receptor té una bobina i un condensador connectats a l'antena. Canviant la inductància (per exemple, movent el nucli) o el valor de la capacitança (per exemple, un condensador variable d'aire), ajusteu la freqüència de ressonància. Com a resultat, la tensió a la bobina augmenta i el receptor agafa una certa ona de ràdio.
Aquests fenòmens poden ser nocius en enginyeria elèctrica, per exemple, en línies de cable. Un cable és una inductància i una capacitança distribuïdes al llarg de la longitud si s’aplica tensió a una línia llarga en mode inactiu (quan la càrrega no està connectada a l’extrem del cable enfront de la font d’energia). Per tant, hi ha el perill que es produeixi una aturada de l’aïllament, per evitar-ho, es connecta un llast de càrrega.A més, una situació similar pot provocar una fallada de components electrònics, instruments de mesura i altres equips elèctrics; aquestes són conseqüències perilloses d’aquest fenomen.
Conclusió
La ressonància de tensions i corrents és un fenomen interessant a tenir en compte. S’observa només en circuits inductius-capacitius. En circuits amb grans resistències actives, no es pot produir. En resum, responent breument a les principals qüestions d’aquest tema:
- On i en quines cadenes s’observa el fenomen de ressonància?
En circuits capacitius inductius.
- Quines són les condicions per a la ressonància de corrents i tensions?
Es produeix en la condició d’igual reactància. El circuit ha de tenir una resistència activa mínima i la freqüència de l’alimentació coincideix amb la freqüència de ressonància del circuit.
- Com es troba la freqüència de ressonància?
En ambdós casos, mitjançant la fórmula:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Com eliminar el fenomen?
En augmentar la resistència al circuit o canviar la freqüència.
Ara ja saps quina és la ressonància de corrents i tensions, quines són les condicions per a la seva ocurrència i les aplicacions pràctiques. Per consolidar el material, recomanem veure un vídeo útil sobre el tema:
Materials relacionats:
Carregant ...
