Ressonância paralela: compreensão, cálculos e aplicações em engenharia elétrica

Ao estudar a eletrônica e os processos a ela associados, não se pode ignorar um conceito tão importante como a ressonância de corrente. Além da eletrônica, esse fenômeno físico encontrou aplicação em muitos campos, incluindo engenharia elétrica e até medicina.

Como a ressonância atual é usada ativamente na vida cotidiana, é necessária uma compreensão de suas características e princípios de ocorrência e áreas de aplicação é necessária não só para especialistas, mas também para todos os que se interessam pelo tema e trabalham em áreas afins áreas.

Definição e significado físico

A ressonância de corrente é um fenômeno físico que se caracteriza pela corrente em um circuito elétrico atingindo seu valor máximo na presença de uma determinada frequência de corrente alternada. Este fenômeno só é possível em um circuito com corrente alternada, pois os elementos obrigatórios que causam ressonância são a capacitância e a indutância, sintonizadas na mesma frequência.

O significado físico do fenômeno fica claro quando se considera o lado energético do processo. A ressonância ocorre quando a energia armazenada no campo magnético da bobina se torna igual à energia do campo elétrico do capacitor. Neste caso, as oscilações têm fases opostas, devido às quais a energia é trocada.

Noções básicas de ressonância de loop paralelo

Uma ressonância que ocorre em um circuito oscilatório paralelo ou circuito rlc é considerada paralela. Um circuito paralelo contém 3 elementos principais: r significa resistência, l significa indutância e c significa capacitância. Cada elemento desempenha um papel importante na criação de ressonância.

A principal condição sob a qual o circuito oscilatório entra em ressonância é a criação da igualdade XL = XC. Neste caso, a resistência do circuito oscilatório à corrente alternada aumenta significativamente, ou seja, surge uma resistência ressonante, expressa pela fórmula R res = L / CR.

Análise do fenômeno de ressonância em circuito paralelo

A ocorrência de ressonância em um circuito paralelo ocorre quando a tensão frequentemente aplicada a ele, a indutância da bobina ou a capacitância do capacitor mudam. Neste caso, o valor da frequência angular necessária para criar ressonância é determinado pela fórmula v (0) = 1/√LC.

Quando certas condições são atendidas, a reatância é zero e a resistência equivalente é ativada. Neste caso, a tensão e a corrente de entrada estão em fase. Isso é ressonância, e a relação apresentada passa a ser a principal condição para sua ocorrência.

Fórmulas e cálculos para correntes ressonantes

Existem várias fórmulas conhecidas de análise e cálculo, cada uma delas destinada a determinar uma característica específica.

Três fórmulas básicas:

• A fórmula que determina a frequência de ressonância é fres = 1/(2π√LC);

Aqui fres significa a frequência de ressonância expressa em hertz, π é uma constante matemática igual ao valor 3,14..., L é a indutância e C é a capacitância do circuito elétrico.

• A fórmula para determinar a amplitude das correntes é Ires = Ui/(ωL);

Aqui Ires é a amplitude das correntes, expressa em amperes, Uya é a tensão do poço no deslocador de fase, ω é a frequência angular (2πf) e L é a indutância.

• A fórmula para calcular a resistência ativa na ressonância é Ract = Uya / Ires.

Aqui Ract é a resistência ativa em ohms, Uya é a tensão do poço no deslocador de fase e Ires é a amplitude das correntes.

O conhecimento dessas fórmulas permite que engenheiros e especialistas em eletricidade projetem e configurem circuitos elétricos com alta precisão.

Comparação de ressonância paralela e em série

Existem dois tipos principais de ressonância de corrente - série e paralelo. No primeiro caso, assume-se uma resistência mínima da fase zero, enquanto a ressonância paralela é caracterizada pela criação igualdade entre a resistência da indutância e da capacitância, que têm direções opostas e, consequentemente, se compensam amigo.

Diferenças e condições para a ocorrência de ressonância de corrente paralela

O tipo depende diretamente dos princípios de conexão. Para que ocorra ressonância paralela de correntes, é necessária uma conexão paralela dos elementos do circuito e, para uma série, é necessária uma conexão serial.

O paralelo ocorre quando existe uma frequência na qual as reatâncias apresentam valores mínimos. Para serial, é necessária uma frequência na qual seja estabelecida a igualdade entre as reatâncias.

Aplicação Prática de Ressonância Série e Paralela

Como se pode verificar pelo que foi descrito, a principal diferença entre os fenómenos reside na forma como os elementos reativos estão ligados, o que afeta a definição das suas áreas de aplicação.

A ressonância paralela encontrou uso ativo em circuitos de controle de corrente em dispositivos e equipamentos com controle de frequência. Quanto à ressonância em série, ela é efetivamente utilizada para criar filtros, bem como reguladores de tensão.

Ao escolher entre ressonância paralela e em série, deve-se levar em consideração os requisitos do sistema e as condições para seu funcionamento efetivo. Se a tensão for fundamental, a ressonância em série fará o trabalho perfeitamente. Se a estabilidade da corrente ou da frequência for importante, então a ressonância paralela é adequada.

Aspectos práticos da ressonância de corrente em um circuito oscilante paralelo

Para melhor compreender a essência do fenômeno, podemos considerá-lo usando o exemplo de um circuito oscilatório localizado em um circuito eletrônico. Seus principais elementos são uma capacitância, uma bobina e um indutor conectados em paralelo.

A ressonância está associada à ocorrência de oscilações regulares de uma determinada frequência quando a energia do campo elétrico da capacitância se transforma no campo magnético da indutância. Começa uma forte resistência, eliminando a possibilidade de passagem desimpedida de corrente.

Quando a energia é aplicada, o capacitor acumula uma carga igual à tensão nominal da fonte de corrente. Após o desligamento da fonte, o capacitor fecha no circuito loop, garantindo maior transferência da descarga para a bobina. Ao passar por ela, a corrente provoca a geração de um campo magnético, a partir do qual é criada uma força autoindutiva direcionada à corrente.

Métodos de configuração de circuito

O processo de configuração é realizado em várias etapas:

1. Dependendo das especificidades de uma aplicação ou sistema específico, a frequência necessária é determinada. Por exemplo, esta poderia ser a frequência de uma estação de rádio quando se trata de sintonizar o receptor.
2. São selecionados os elementos de circuito necessários, cujo valor é definido com base na fórmula da frequência de ressonância e da resistência necessária.
3. Os elementos selecionados são conectados e configurados. Existem duas maneiras principais aqui - alterar propositalmente os valores de indutância/capacitância dos elementos ou usar componentes ajustáveis ​​(variáveis).

As opções apresentadas são os principais métodos para sintonizar um circuito em ressonância. Após concluir o processo de configuração, é necessário verificar se a frequência de ressonância atende aos parâmetros exigidos, bem como a estabilidade do circuito na frequência configurada. Esta verificação é realizada com equipamentos de medição especiais.

Cálculo de capacitância ressonante e indutância

A capacidade é calculada usando a fórmula:

C = 1 / (4π² * L * F), onde L é a indutância e F é a frequência de ressonância. Usando a fórmula da capacitância ressonante, você pode determinar a capacitância necessária do capacitor para atingir o estado ressonante do circuito.

Para calcular a indutância na frequência de ressonância, é utilizada a seguinte fórmula:

L = (1 / (4π² * C * F²)), onde C é a capacitância e F é a frequência.

Como pode ser visto nas fórmulas apresentadas, existe uma relação inversa entre capacitância ressonante e indutância. Um aumento no valor de uma dessas quantidades leva a uma diminuição no valor da segunda.

Áreas de uso

A aplicação deste fenômeno pode ser encontrada tanto em áreas altamente especializadas como na vida cotidiana.

Aplicações industriais e tecnológicas

A ressonância paralela tem sido amplamente utilizada em aplicações industriais e tecnológicas. Por exemplo, na indústria automotiva esse fenômeno é utilizado para criar campos eletromagnéticos que permitem determinar o estado do motor e de todos os principais sistemas.

Com base na ressonância, parâmetros como temperatura, pressão ou vibração são medidos e controlados. Além disso, são realizados diagnósticos gerais dos sistemas. A ressonância é usada em uma ampla variedade de filtros, dispositivos médicos e aplicações, entre outros.

Engenharia de telecomunicações e rádio

Os receptores e transmissores de rádio operam sintonizando as frequências desejadas. Um circuito oscilatório é usado para amplificar o sinal e fornecer transferência de informações. Esse processo só é possível se a frequência do sinal corresponder à frequência de ressonância do circuito, que também é utilizada na montagem de televisores e outros equipamentos.

A importância do fenômeno para a eletrônica e a engenharia elétrica modernas

O uso da ressonância garante o funcionamento mais eficiente de dispositivos e sistemas elétricos/eletrônicos. A ressonância é usada para sintonizar, amplificar e filtrar sinais. As propriedades deste fenômeno permitem atingir a máxima potência e seletividade dos sinais na faixa de rádio, bem como a supressão de sinais não ressonantes.

Conclusão

A ressonância de corrente é um fenômeno físico baseado na interação de indutância e capacitância em um circuito. A escolha entre ressonância paralela ou em série é feita com base nos requisitos do sistema e nos resultados desejados. O uso da ressonância permite amplificar, sintonizar e regular diversas frequências, pelo que o fenômeno encontrou aplicação em eletrônica, engenharia elétrica, medicina estética, engenharia de rádio e telecomunicações.

Publicado em 23/11/2023 Atualizado em 23/11/2023 pelo usuário Elvira Kasimova