Paralleelresonants: arusaamine, arvutused ja rakendused elektrotehnikas

Elektroonikat ja sellega seotud protsesse uurides ei saa ignoreerida nii olulist mõistet nagu vooluresonants. Lisaks elektroonikale on see füüsikaline nähtus leidnud rakendust paljudes valdkondades, sealhulgas elektrotehnikas ja isegi meditsiinis.

Kuna vooluresonantsi kasutatakse igapäevaelus aktiivselt, on selle tunnuste ja esinemispõhimõtete mõistmine ja rakendusvaldkonnad on vajalikud mitte ainult spetsialistidele, vaid ka kõigile, kes on sellest teemast huvitatud ja sellega seotud alad.

Definitsioon ja füüsiline tähendus

Voolu resonants on füüsikaline nähtus, mida iseloomustab voolutugevus elektriahelas, mis saavutab oma maksimaalse väärtuse teatud vahelduvvoolu sageduse juures. See nähtus on võimalik ainult vahelduvvooluga vooluringis, kuna resonantsi põhjustavad kohustuslikud elemendid on mahtuvus ja induktiivsus, häälestatud samale sagedusele.

Nähtuse füüsikaline tähendus selgub protsessi energeetilise poole vaatlemisel. Resonants tekib siis, kui pooli magnetväljas salvestatud energia võrdub kondensaatori elektrivälja energiaga. Sel juhul on võnkumised faasis vastupidised, mille tõttu toimub energiavahetus.

Paralleelsilmusresonantsi põhitõed

Paralleelses võnkeahelas või rlc-ahelas tekkivat resonantsi loetakse paralleelseks. Paralleellülitus sisaldab 3 põhielementi: r tähistab takistust, l tähistab induktiivsust ja c tähistab mahtuvust. Iga element mängib resonantsi loomisel olulist rolli.

Peamine tingimus, mille korral võnkeahel resonantsi siseneb, on võrdsuse XL = XC loomine. Sel juhul suureneb võnkeahela takistus vahelduvvoolule märkimisväärselt, see tähendab, et ilmub resonantstakistus, mida väljendatakse valemiga R res = L / CR.

Resonantsi nähtuse analüüs paralleelses vooluringis

Resonantsi tekkimine paralleelses vooluringis tekib siis, kui sellele sageli rakendatav pinge, mähise induktiivsus või kondensaatori mahtuvus muutub. Sel juhul määratakse resonantsi tekitamiseks vajaliku nurksageduse väärtus valemiga v (0) = 1/√LC.

Kui teatud tingimused on täidetud, on reaktants null ja samaväärne takistus aktiveeritakse. Sel juhul on sisendpinge ja vool faasis. See on resonants ja esitatud suhe muutub selle esinemise peamiseks tingimuseks.

Resonantsvoolude valemid ja arvutused

Analüüsiks ja arvutamiseks on mitu üldtuntud valemit, millest igaüks on suunatud konkreetse tunnuse määramisele.

Kolm põhivalemit:

• Resonantssageduse määrav valem on fres = 1 / (2π√LC);

Siin tähistab fres hertsides väljendatud resonantssagedust, π on matemaatiline konstant, mis võrdub väärtusega 3,14..., L on induktiivsus ja C on elektriahela mahtuvus.

• Voolude amplituudi määramise valem on Ires = Ui / (ωL);

Siin on Ires voolude amplituud, väljendatuna amprites, Uya on faasimuunduri kaevu pinge, ω on nurksagedus (2πf) ja L on induktiivsus.

• Resonantsi aktiivse takistuse arvutamise valem on Ract = Uya / Ires.

Siin on Ract aktiivne takistus oomides, Uya on faasimuunduri kaevu pinge ja Ires on voolude amplituud.

Nende valemite tundmine võimaldab inseneridel ja elektrispetsialistidel kavandada ja konfigureerida elektriskeeme suure täpsusega.

Paralleel- ja jadaresonantsi võrdlus

Vooluresonantsi on kaks peamist tüüpi - jada- ja paralleelne. Esimesel juhul eeldatakse nullfaasi minimaalset takistust, samas kui paralleelresonantsi iseloomustab loomine võrdsus induktiivsuse ja mahtuvuse takistuse vahel, mis on vastassuunas ja vastavalt kompenseerivad üksteist sõber.

Paralleelvooluresonantsi tekke erinevused ja tingimused

Tüüp sõltub otseselt ühendamise põhimõtetest. Voolude paralleelresonantsi tekkeks on vajalik vooluahela elementide paralleelühendus ja järjestikuse jaoks on vajalik jadaühendus.

Paralleel tekib siis, kui on sagedus, mille juures reaktantsidel on minimaalsed väärtused. Jadaühenduse jaoks on vaja sagedust, mille juures luuakse reaktiivtaksuste võrdsus.

Jada ja paralleelresonantsi praktiline rakendamine

Nagu kirjeldatust nähtub, seisneb peamine erinevus nähtuste vahel reaktiivsete elementide ühendamise viisis, mis mõjutab nende kasutusalade määratlemist.

Paralleelresonants on leidnud aktiivset kasutust sagedusjuhtimisega seadmete ja seadmete voolujuhtimisahelates. Jadaresonantsi puhul kasutatakse seda tõhusalt filtrite ja pingeregulaatorite loomiseks.

Paralleel- ja jadaresonantsi vahel valides tuleks arvesse võtta süsteemi nõudeid ja tingimusi selle efektiivseks tööks. Kui pinge on võtmetähtsusega, teeb seeriaresonants seda tööd hästi. Kui oluline on voolu või sageduse stabiilsus, siis sobib paralleelresonants.

Vooluresonantsi praktilised aspektid paralleelses võnkeahelas

Nähtuse olemuse paremaks mõistmiseks võime seda käsitleda elektroonilises vooluringis paikneva võnkeahela näitel. Selle peamised elemendid on mahtuvus, mähis ja paralleelselt ühendatud induktiivpool.

Resonants on seotud teatud sagedusega regulaarsete võnkumiste esinemisega, kui mahtuvuse elektrivälja energia muundub induktiivsuse magnetväljaks. Algab tugev takistus, mis välistab voolu takistusteta läbimise võimaluse.

Toite rakendamisel kogub kondensaator laengu, mis on võrdne vooluallika nimipingega. Pärast allika väljalülitamist sulgub kondensaator ahelas, tagades tühjenemise edasise ülekandmise mähisele. Seda läbides provotseerib vool magnetvälja tekke, mille tulemusena tekib voolu suunas iseinduktiivne jõud.

Vooluahela seadistamise meetodid

Seadistamine toimub mitmes etapis:

1. Sõltuvalt konkreetse rakenduse või süsteemi spetsiifikast määratakse vajalik sagedus. Näiteks võib see olla raadiojaama sagedus, kui on vaja vastuvõtjat häälestada.
2. Valitakse vajalikud vooluahela elemendid, mille väärtus määratakse resonantssageduse ja vajaliku takistuse valemi alusel.
3. Valitud elemendid on ühendatud ja konfigureeritud. Siin on kaks peamist võimalust - elementide induktiivsuse/mahtuvuse väärtuste sihipärane muutmine või reguleeritavate (muutuvate) komponentide kasutamine.

Esitatud valikud on peamised meetodid vooluringi resonantsi häälestamiseks. Pärast häälestusprotsessi lõpetamist on vaja kontrollida, kas resonantssagedus vastab nõutavatele parameetritele, samuti ahela stabiilsust seatud sagedusel. See kontroll viiakse läbi spetsiaalsete mõõteseadmete abil.

Resonantsmahtuvuse ja induktiivsuse arvutamine

Võimsus arvutatakse järgmise valemi abil:

C = 1 / (4π² * L * F), kus L on induktiivsus ja F on resonantssagedus. Resonantsmahtuvuse valemi abil saate määrata kondensaatori vajaliku mahtuvuse ahela resonantsseisundi saavutamiseks.

Induktiivsuse arvutamiseks resonantssagedusel kasutatakse järgmist valemit:

L = (1 / (4π² * C * F²)), kus C on mahtuvus ja F on sagedus.

Nagu esitatud valemitest näha, on resonantsmahtuvuse ja induktiivsuse vahel pöördvõrdeline seos. Ühe nendest suurustest väärtuse suurenemine viib teise väärtuse vähenemiseni.

Kasutusvaldkonnad

Selle nähtuse rakendamist võib kohata nii väga spetsiifilistes valdkondades kui ka igapäevaelus.

Tööstus- ja tehnoloogiarakendused

Paralleelresonantsi on laialdaselt kasutatud tööstuslikes ja tehnoloogilistes rakendustes. Näiteks autotööstuses kasutatakse seda nähtust elektromagnetväljade tekitamiseks, mis võimaldavad määrata mootori ja kõigi peamiste süsteemide seisukorda.

Resonantsi põhjal mõõdetakse ja juhitakse selliseid parameetreid nagu temperatuur, rõhk või vibratsioon. Samuti viiakse läbi süsteemide ülddiagnostika. Resonantsi kasutatakse muu hulgas paljudes filtrites, meditsiiniseadmetes ja rakendustes.

Telekommunikatsioon ja raadiotehnika

Raadiovastuvõtjad ja saatjad töötavad soovitud sagedustele häälestades. Signaali võimendamiseks ja teabe edastamiseks kasutatakse võnkeahelat. See protsess on võimalik ainult siis, kui signaali sagedus ühtib vooluahela resonantssagedusega, mida kasutatakse ka televiisorite ja muude seadmete seadistamisel.

Nähtuse tähtsus kaasaegse elektroonika ja elektrotehnika jaoks

Resonantsi kasutamine tagab elektriliste/elektrooniliste seadmete ja süsteemide efektiivseima toimimise. Resonantsi kasutatakse signaalide häälestamiseks, võimendamiseks ja filtreerimiseks. Selle nähtuse omadused võimaldavad saavutada raadioulatuses olevate signaalide maksimaalse võimsuse ja selektiivsuse, samuti mitteresonantssignaalide summutamise.

Järeldus

Voolu resonants on füüsikaline nähtus, mis põhineb induktiivsuse ja mahtuvuse vastasmõjul vooluringis. Valik paralleel- või jadaresonantsi vahel tehakse süsteemi nõuete ja soovitud tulemuste põhjal. Resonantsi kasutamine võimaldab teil võimendada, häälestada ja reguleerida erinevaid sagedusi, mille tõttu see nähtus on leidnud rakendust elektroonikas, elektrotehnikas, esteetilises meditsiinis, raadiotehnikas ja telekommunikatsioon.

Avaldatud 23.11.2023 Värskendatud 23.11.2023 kasutaja poolt Elvira Kasimova