Qual é a ressonância de correntes e tensões
Reatância e capacitância da indutância
Indutância é a capacidade do corpo de acumular energia em um campo magnético. É caracterizada por um atraso de corrente da tensão na fase. Elementos indutivos típicos são bobinas, bobinas, transformadores, motores elétricos.
Capacidade refere-se a elementos que armazenam energia através de um campo elétrico. Os elementos capacitivos são caracterizados por um atraso de fase da tensão da corrente. Elementos capacitivos: capacitores, varicaps.
Suas propriedades básicas são fornecidas, as nuances deste artigo não são levadas em consideração.
Além dos elementos listados, outros também possuem uma certa indutância e capacitância, por exemplo, em cabos elétricos distribuídos ao longo de seu comprimento.
Capacitância e indutância em um circuito de corrente alternada
Se em circuitos de corrente contínua a capacitância no sentido geral é uma parte quebrada do circuito e a indutância é um condutor, em capacitores e bobinas alternados é um análogo reativo de um resistor.
A reatância do indutor é determinada pela fórmula:
Diagrama do vetor:
Reatância do capacitor:
Aqui w é a frequência angular, f é a frequência no circuito de corrente sinusoidal, L é a indutância, C é a capacitância.
Diagrama do vetor:
Vale ressaltar que no cálculo de elementos reativos conectados em série, a fórmula é utilizada:
Observe que o componente capacitivo é obtido com um sinal de menos. Se o componente ativo (resistor) também estiver presente no circuito, adicione de acordo com a fórmula do teorema de Pitágoras (baseado no diagrama vetorial):
Do que depende a reatância? As características reativas dependem do valor da capacitância ou indutância, bem como da frequência da corrente alternada.
Se você observar a fórmula do componente reativo, poderá ver que, em certos valores do componente capacitivo ou indutivo, a diferença será zero, somente a resistência permanecerá no circuito. Mas essas não são todas as características de tal situação.
Ressonância de tensão
Se um capacitor e um indutor são conectados em série a um gerador, desde que a reatância seja igual, ocorrerá uma ressonância de tensão. Nesse caso, a parte ativa Z deve ser a menor possível.
Vale a pena notar que a indutância e a capacitância têm apenas qualidades reativas apenas em exemplos idealizados. Em circuitos e elementos reais, a resistência ativa dos condutores está sempre presente, embora seja extremamente pequena.
Na ressonância, ocorre uma troca de energia entre o indutor e o capacitor. Em exemplos ideais, durante a conexão inicial de uma fonte de energia (gerador), a energia é acumulada no capacitor (ou indutor) e, depois de desligado, ocorrem oscilações não amortecidas devido a essa troca.
As tensões nos indutores e capacitâncias são aproximadamente as mesmas, de acordo com Lei de Ohm:
U = I / X
Onde X é a indutância Xc capacitiva ou XL, respectivamente.
Um circuito que consiste em indutância e capacitância é chamado de circuito oscilatório. Sua frequência é calculada pela fórmula:
O período de oscilação é determinado pela fórmula de Thompson:
Como a reatância depende da frequência, a resistência da indutância aumenta com o aumento da frequência e diminui na capacitância. Quando as resistências são iguais, a resistência total é bastante reduzida, o que é refletido no gráfico:
As principais características do circuito são o fator de qualidade (Q) e a frequência. Se considerarmos o circuito como um terminal de quatro terminais, seu coeficiente de transmissão após cálculos simples será reduzido ao fator de qualidade:
K = q
E a tensão nos terminais do circuito aumenta proporcionalmente ao coeficiente de transferência (fator de qualidade) do circuito.
UK = Uin * Q
Com a ressonância de tensão, quanto maior o fator de qualidade, maior a tensão nos elementos do circuito excederá a tensão do gerador conectado. A tensão pode aumentar dezenas ou centenas de vezes. Isso é mostrado no gráfico:
As perdas de energia no circuito são devidas apenas à presença de resistência ativa. A energia da fonte de energia é consumida apenas para manter as flutuações.
O fator de potência será igual a:
cosФ = 1
Esta fórmula mostra que as perdas ocorrem devido à energia ativa:
S = P / Cosph
Correntes de ressonância
A ressonância de corrente é observada em circuitos onde a indutância e a capacitância são conectadas em paralelo.
O fenômeno consiste no fluxo de grandes correntes entre o capacitor e a bobina, com corrente zero na parte não ramificada do circuito. Isso ocorre quando a frequência de ressonância é atingida, a resistência total Z aumenta. Ou, em termos simples, soa assim: no ponto de ressonância, o valor total máximo da resistência Z é atingido, após o qual uma das resistências aumenta e a outra diminui dependendo se a frequência aumenta ou diminui. Isso é exibido graficamente:
Em geral, tudo é semelhante ao fenômeno anterior, as condições para o surgimento da ressonância atual são as seguintes:
- A frequência de potência é semelhante à ressonante no circuito.
- As condutividades da indutância e capacitância para corrente alternada são BL = Bc, B = 1 / X.
Aplicação prática
Considere os benefícios e malefícios das correntes e tensões de ressonância. O maior benefício do fenômeno da ressonância trazido no equipamento de transmissão de rádio. Em palavras simples, o circuito receptor possui uma bobina e um capacitor conectado à antena. Alterando a indutância (por exemplo, movendo o núcleo) ou o valor da capacitância (por exemplo, um capacitor variável de ar), você ajusta a frequência ressonante. Como resultado, a tensão na bobina aumenta e o receptor capta uma certa onda de rádio.
Esses fenômenos podem ser prejudiciais na engenharia elétrica, por exemplo, nas linhas de cabos. Um cabo é uma indutância e capacitância distribuída ao longo do comprimento se a tensão for aplicada a uma linha longa no modo inativo (quando a carga não estiver conectada à extremidade do cabo oposta à fonte de energia). Portanto, existe o perigo de que ocorra uma quebra no isolamento, para evitar isso, um reator de carga é conectado.Além disso, uma situação semelhante pode levar à falha de componentes eletrônicos, instrumentos de medição e outros equipamentos elétricos - essas são conseqüências perigosas desse fenômeno.
Conclusão
A ressonância de tensões e correntes é um fenômeno interessante a ser observado. É observado apenas em circuitos indutivo-capacitivos. Em circuitos com grandes resistências ativas, isso não pode ocorrer. Para resumir, responda brevemente às principais perguntas sobre este tópico:
- Onde e em quais cadeias o fenômeno da ressonância é observado?
Em circuitos capacitivos indutivos.
- Quais são as condições para a ocorrência de ressonância de correntes e tensões?
Ocorre sob a condição de igual reatância. O circuito deve ter uma resistência ativa mínima e a frequência da fonte de alimentação coincide com a frequência ressonante do circuito.
- Como encontrar a frequência ressonante?
Nos dois casos, pela fórmula:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Como eliminar o fenômeno?
Aumentando a resistência no circuito ou alterando a frequência.
Agora você sabe qual é a ressonância de correntes e tensões, quais são as condições para sua ocorrência e aplicações práticas. Para consolidar o material, recomendamos assistir a um vídeo útil sobre o tema:
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