Parallel resonans: forståelse, beregninger og anvendelser i elektroteknik

Når man studerer elektronik og processer forbundet med det, kan man ikke ignorere et så vigtigt koncept som nuværende resonans. Ud over elektronik har dette fysiske fænomen fundet sin anvendelse på mange områder, herunder elektroteknik og endda medicin.

Da nuværende resonans bruges aktivt i hverdagen, en forståelse af dens funktioner og principper for forekomst og anvendelsesområder er nødvendige ikke kun for specialister, men også for alle, der er interesserede i dette emne, og som arbejder i relaterede områder.

Definition og fysisk betydning

Strømresonans er et fysisk fænomen, der er karakteriseret ved, at strømmen i et elektrisk kredsløb når sin maksimale værdi i nærværelse af en bestemt vekselstrømsfrekvens. Dette fænomen er kun muligt i et kredsløb med vekselstrøm, da de obligatoriske elementer, der forårsager resonans, er kapacitans og induktans, indstillet til samme frekvens.

Den fysiske betydning af fænomenet bliver tydelig, når man overvejer energisiden af ​​processen. Resonans opstår, når energien, der er lagret i spolens magnetiske felt, bliver lig med energien i kondensatorens elektriske felt. I dette tilfælde er svingningerne modsatte i fase, på grund af hvilken energi udveksles.

Grundlæggende om Parallel Loop Resonance

En resonans, der opstår i et parallelt oscillerende kredsløb eller rlc-kredsløb, betragtes som parallel. Et parallelkredsløb indeholder 3 hovedelementer: r står for modstand, l står for induktans, og c står for kapacitans. Hvert element spiller en vigtig rolle i at skabe resonans.

Den vigtigste betingelse, under hvilken det oscillerende kredsløb går ind i resonans, er skabelsen af ​​ligheden XL = XC. I dette tilfælde stiger modstanden af ​​det oscillerende kredsløb til vekselstrøm betydeligt, det vil sige, at der vises en resonansmodstand, udtrykt ved formlen R res = L / CR.

Analyse af fænomenet resonans i et parallelkredsløb

Forekomsten af ​​resonans i et parallelt kredsløb opstår, når den spænding, der ofte påføres det, spolens induktans eller kondensatorens kapacitans ændres. I dette tilfælde bestemmes værdien af ​​den vinkelfrekvens, der er nødvendig for at skabe resonans, af formlen v (0) = 1/√LC.

Når visse betingelser er opfyldt, er reaktansen nul, og den ækvivalente modstand aktiveres. I dette tilfælde er indgangsspændingen og strømmen i fase. Dette er resonans, og det præsenterede forhold bliver hovedbetingelsen for dets forekomst.

Formler og beregninger for resonansstrømme

Der er flere velkendte formler til analyse og beregning, som hver har til formål at bestemme en specifik egenskab.

Tre grundlæggende formler:

• Formlen, der bestemmer resonansfrekvensen, er fres = 1 / (2π√LC);

Her betyder fres resonansfrekvensen udtrykt i hertz, π er en matematisk konstant lig med værdien 3,14..., L er induktansen, og C er kapacitansen af ​​det elektriske kredsløb.

• Formlen til at bestemme amplituden af ​​strømme er Ires = Ui / (ωL);

Her er Ires amplituden af ​​strømmene, udtrykt i ampere, Uya er brøndspændingen på faseskifteren, ω er vinkelfrekvensen (2πf), og L er induktansen.

• Formlen til beregning af aktiv modstand ved resonans er Ract = Uya / Ires.

Her er Ract den aktive modstand i ohm, Uya er brøndspændingen på faseskifteren, og Ires er amplituden af ​​strømmene.

Kendskab til disse formler giver ingeniører og elektriske specialister mulighed for at designe og konfigurere elektriske kredsløb med høj præcision.

Sammenligning af parallel- og serieresonans

Der er to hovedtyper af strømresonans - serie og parallel. I det første tilfælde antages en minimumsmodstand af nulfasen, mens parallel resonans er karakteriseret ved skabelsen lighed mellem modstanden af ​​induktans og kapacitans, som er modsat i retning og følgelig kompenserer hinanden ven.

Forskelle og betingelser for forekomsten af ​​parallel strømresonans

Typen afhænger direkte af tilslutningsprincipperne. For at parallel resonans af strømme kan forekomme, er en parallelforbindelse af kredsløbselementer nødvendig, og for en serie en kræves en seriel forbindelse.

Parallel opstår, når der er en frekvens, hvor reaktanserne har minimumsværdier. For seriel kræves en frekvens, ved hvilken der etableres lighed mellem reaktanserne.

Praktisk anvendelse af serie- og parallelresonans

Som det fremgår af det beskrevne, ligger den vigtigste forskel mellem fænomenerne i den måde, de reaktive elementer er forbundet på, hvilket påvirker definitionen af ​​deres anvendelsesområder.

Parallel resonans har fundet aktiv anvendelse i strømstyringskredsløb i enheder og udstyr med frekvensstyring. Hvad angår serieresonans, bruges den effektivt til at skabe filtre såvel som spændingsregulatorer.

Når du vælger mellem parallel- og serieresonans, skal du tage hensyn til systemets krav og betingelserne for dets effektive drift. Hvis spænding er nøglen, vil serieresonans klare opgaven fint. Hvis strøm- eller frekvensstabilitet er vigtig, er parallel resonans velegnet.

Praktiske aspekter af strømresonans i et parallelt oscillerende kredsløb

For bedre at forstå essensen af ​​fænomenet kan vi overveje det ved at bruge eksemplet med et oscillerende kredsløb placeret i et elektronisk kredsløb. Dens hovedelementer er en kapacitans, en spole og en induktor forbundet parallelt.

Resonans er forbundet med forekomsten af ​​regelmæssige svingninger af en bestemt frekvens, når energien fra det elektriske felt af kapacitansen omdannes til det magnetiske induktansfelt. Stærk modstand begynder, hvilket eliminerer muligheden for uhindret passage af strøm.

Når der tilføres strøm, akkumulerer kondensatoren en ladning svarende til strømkildens nominelle spænding. Efter at kilden er slukket, lukker kondensatoren i sløjfekredsløbet, hvilket sikrer yderligere overførsel af udledningen til spolen. Ved at passere gennem det fremkalder strømmen genereringen af ​​et magnetfelt, som et resultat af hvilket der skabes en selvinduktiv kraft rettet mod strømmen.

Metoder til indstilling af kredsløb

Opsætningsprocessen udføres i flere trin:

1. Afhængig af specifikationerne for en bestemt applikation eller et bestemt system bestemmes den nødvendige frekvens. Det kan for eksempel være frekvensen på en radiostation, når det kommer til at indstille modtageren.
2. De nødvendige kredsløbselementer vælges, hvis værdi er fastsat ud fra formlen for resonansfrekvensen og den nødvendige modstand.
3. Udvalgte elementer forbindes og konfigureres. Der er to hovedmåder her - målrettet ændring af elementernes induktans/kapacitansværdier eller brug af justerbare (variable) komponenter.

De præsenterede muligheder er de vigtigste metoder til at indstille et kredsløb til resonans. Efter afslutning af opsætningsprocessen er det nødvendigt at kontrollere, om resonansfrekvensen opfylder de nødvendige parametre, samt kredsløbets stabilitet ved den indstillede frekvens. Denne kontrol udføres ved hjælp af specielt måleudstyr.

Beregning af resonanskapacitet og induktans

Kapaciteten beregnes ved hjælp af formlen:

C = 1 / (4π² * L * F), hvor L er induktansen og F er resonansfrekvensen. Ved hjælp af resonanskapacitansformlen kan du bestemme den nødvendige kapacitans for kondensatoren for at opnå kredsløbets resonanstilstand.

For at beregne induktansen ved resonansfrekvensen bruges følgende formel:

L = (1 / (4π² * C * F²)), hvor C er kapacitansen og F er frekvensen.

Som det kan ses af de præsenterede formler, er der et omvendt forhold mellem resonanskapacitet og induktans. En stigning i værdien af ​​en af ​​disse mængder fører til et fald i værdien af ​​den anden.

Anvendelsesområder

Anvendelsen af ​​dette fænomen kan ses både i højt specialiserede områder og i hverdagen.

Industri- og teknologiapplikationer

Parallel resonans er blevet meget brugt i industrielle og teknologiske applikationer. For eksempel bruges dette fænomen i bilindustrien til at skabe elektromagnetiske felter, der gør det muligt at bestemme tilstanden af ​​motoren og alle større systemer.

Ud fra resonans måles og styres parametre som temperatur, tryk eller vibration. Også generel diagnostik af systemer udføres. Resonans bruges blandt andet i en lang række filtre, medicinsk udstyr og applikationer.

Telekommunikation og radioteknik

Radiomodtagere og -sendere fungerer ved at tune ind på de ønskede frekvenser. Et oscillerende kredsløb bruges til at forstærke signalet og give informationsoverførsel. Denne proces er kun mulig, hvis signalfrekvensen matcher kredsløbets resonansfrekvens, som også bruges ved opsætning af fjernsyn og andet udstyr.

Fænomenets betydning for moderne elektronik og elektroteknik

Brugen af ​​resonans sikrer den mest effektive funktion af elektriske/elektroniske enheder og systemer. Resonans bruges til at tune, forstærke og filtrere signaler. Egenskaberne ved dette fænomen gør det muligt at opnå maksimal effekt og selektivitet af signaler i radioområdet samt undertrykkelse af ikke-resonante signaler.

Konklusion

Strømresonans er et fysisk fænomen baseret på samspillet mellem induktans og kapacitans i et kredsløb. Valget mellem parallel- eller serieresonans tages ud fra systemkravene og ønskede resultater. Brugen af ​​resonans giver dig mulighed for at forstærke, tune og regulere forskellige frekvenser, på grund af hvilken fænomenet har fundet anvendelse inden for elektronik, elektroteknik, æstetisk medicin, radioteknik og telekommunikation.

Udgivet 23-11-2023 Opdateret 23-11-2023 af bruger Elvira Kasimova