Paralelna resonanca: razumevanje, izračuni in aplikacije v elektrotehniki

Pri preučevanju elektronike in procesov, povezanih z njo, ne moremo prezreti tako pomembnega pojma, kot je trenutna resonanca. Poleg elektronike je ta fizikalni pojav našel svojo uporabo na številnih področjih, vključno z elektrotehniko in celo medicino.

Ker se trenutna resonanca aktivno uporablja v vsakdanjem življenju, je potrebno razumevanje njenih značilnosti in načel pojavljanja in področja uporabe je potrebno ne le za strokovnjake, temveč tudi za vse, ki jih ta tematika zanima in se ukvarjajo s tem področja.

Opredelitev in fizični pomen

Tokovna resonanca je fizikalni pojav, za katerega je značilno, da tok v električnem tokokrogu doseže največjo vrednost ob prisotnosti določene frekvence izmeničnega toka. Ta pojav je možen le v tokokrogu z izmeničnim tokom, saj sta obvezna elementa, ki povzročata resonanco, kapacitivnost in induktivnost, nastavljena na isto frekvenco.

Fizični pomen pojava postane jasen, če upoštevamo energijsko stran procesa. Resonanca se pojavi, ko energija, shranjena v magnetnem polju tuljave, postane enaka energiji električnega polja kondenzatorja. V tem primeru so nihanja nasprotna v fazi, zaradi česar se energija izmenjuje.

Osnove resonance vzporedne zanke

Resonanca, ki se pojavi v vzporednem nihajnem krogu ali krogu rlc, se šteje za vzporedno. Vzporedno vezje vsebuje 3 glavne elemente: r pomeni upor, l pomeni induktivnost in c pomeni kapacitivnost. Vsak element ima pomembno vlogo pri ustvarjanju resonance.

Glavni pogoj, pod katerim nihajno vezje vstopi v resonanco, je ustvarjanje enakosti XL = XC. V tem primeru se odpornost oscilatornega kroga na izmenični tok znatno poveča, to pomeni, da se pojavi resonančni upor, izražen s formulo R res = L / CR.

Analiza pojava resonance v vzporednem krogu

Do pojava resonance v vzporednem tokokrogu pride, ko se spremeni napetost, ki se pogosto uporablja na njem, induktivnost tuljave ali kapacitivnost kondenzatorja. V tem primeru je vrednost kotne frekvence, ki je potrebna za ustvarjanje resonance, določena s formulo v (0) = 1/√LC.

Ko so izpolnjeni določeni pogoji, je reaktanca enaka nič in aktivira se ekvivalentni upor. V tem primeru sta vhodna napetost in tok v fazi. To je resonanca, prikazano razmerje pa postane glavni pogoj za njen pojav.

Formule in izračuni za resonančne tokove

Obstaja več dobro znanih formul za analizo in izračun, od katerih je vsaka namenjena določanju določene značilnosti.

Tri osnovne formule:

• Formula, ki določa resonančno frekvenco, je fres = 1 / (2π√LC);

Tukaj fres pomeni resonančno frekvenco, izraženo v hercih, π je matematična konstanta, enaka vrednosti 3,14..., L je induktivnost in C je kapacitivnost električnega tokokroga.

• Formula za določanje amplitude tokov je Ires = Ui / (ωL);

Tukaj je Ires amplituda tokov, izražena v amperih, Uya je napetost vrtine na faznem prestavniku, ω je kotna frekvenca (2πf) in L je induktivnost.

• Formula za izračun aktivnega upora pri resonanci je Ract = Uya / Ires.

Tukaj je Ract aktivni upor v ohmih, Uya napetost vrtine na faznem prestavniku, Ires pa amplituda tokov.

Poznavanje teh formul omogoča inženirjem in strokovnjakom za elektriko, da načrtujejo in konfigurirajo električna vezja z visoko natančnostjo.

Primerjava vzporedne in zaporedne resonance

Obstajata dve glavni vrsti tokovne resonance - zaporedna in vzporedna. V prvem primeru se predpostavlja minimalni upor ničelne faze, medtem ko je za vzporedno resonanco značilno ustvarjanje enakost med uporom induktivnosti in kapacitivnosti, ki sta v nasprotni smeri in se ustrezno kompenzirata prijatelj.

Razlike in pogoji za nastanek vzporedne tokovne resonance

Vrsta je neposredno odvisna od načel povezave. Za vzporedno resonanco tokov je potrebna vzporedna vezava elementov vezja, za serijsko pa serijska.

Vzporednost se pojavi, ko obstaja frekvenca, pri kateri imajo reaktanse minimalne vrednosti. Za serijsko je potrebna frekvenca, pri kateri se vzpostavi enakost med reaktancami.

Praktična uporaba zaporedne in vzporedne resonance

Kot je razvidno iz opisanega, je ključna razlika med pojavoma v načinu povezovanja reaktivnih elementov, kar vpliva na opredelitev njihovega področja uporabe.

Vzporedna resonanca je našla aktivno uporabo v tokokrogih za nadzor toka v napravah in opremi s krmiljenjem frekvence. Kar zadeva serijsko resonanco, se učinkovito uporablja za ustvarjanje filtrov in regulatorjev napetosti.

Pri izbiri med vzporedno in zaporedno resonanco je treba upoštevati zahteve sistema in pogoje za njegovo učinkovito delovanje. Če je napetost ključnega pomena, bo serijska resonanca dobro opravila delo. Če je pomembna stabilnost toka ali frekvence, je primerna vzporedna resonanca.

Praktični vidiki tokovne resonance v vzporednem nihajočem krogu

Da bi bolje razumeli bistvo pojava, ga lahko obravnavamo na primeru nihajnega vezja, ki se nahaja v elektronskem vezju. Njegovi glavni elementi so kapacitivnost, tuljava in induktor, povezani vzporedno.

Resonanca je povezana s pojavom pravilnih nihanj določene frekvence, ko se energija električnega polja kapacitivnosti pretvori v magnetno polje induktivnosti. Začne se močan upor, ki odpravlja možnost neoviranega prehoda toka.

Ko se napaja, kondenzator kopiči naboj, ki je enak nazivni napetosti tokovnega vira. Po izklopu vira se kondenzator zapre v tokokrogu zanke, kar zagotavlja nadaljnji prenos praznjenja v tuljavo. Tok, ki prehaja skozi njega, povzroči nastanek magnetnega polja, zaradi česar se ustvari samoinduktivna sila, usmerjena proti toku.

Metode nastavitve vezja

Postopek namestitve poteka v več fazah:

1. Glede na specifiko posamezne aplikacije ali sistema se določi zahtevana frekvenca. To je lahko na primer frekvenca radijske postaje, ko gre za uglaševanje sprejemnika.
2. Izberemo potrebne elemente vezja, katerih vrednost se določi na podlagi formule za resonančno frekvenco in zahtevano upornost.
3. Izbrani elementi so povezani in konfigurirani. Tu obstajata dva glavna načina - namensko spreminjanje vrednosti induktivnosti / kapacitivnosti elementov ali uporaba nastavljivih (spremenljivih) komponent.

Predstavljene možnosti so glavne metode za nastavitev vezja na resonanco. Po končanem postopku nastavitve je potrebno preveriti, ali resonančna frekvenca ustreza zahtevanim parametrom, ter stabilnost vezja pri nastavljeni frekvenci. To preverjanje se izvaja s posebno merilno opremo.

Izračun resonančne kapacitivnosti in induktivnosti

Zmogljivost se izračuna po formuli:

C = 1 / (4π² * L * F), kjer je L induktivnost in F resonančna frekvenca. S formulo za resonančno kapacitivnost lahko določite potrebno kapacitivnost kondenzatorja, da dosežete resonančno stanje vezja.

Za izračun induktivnosti pri resonančni frekvenci se uporablja naslednja formula:

L = (1 / (4π² * C * F²)), kjer je C kapacitivnost in F frekvenca.

Kot je razvidno iz predstavljenih formul, obstaja obratno razmerje med resonančno kapacitivnostjo in induktivnostjo. Povečanje vrednosti ene od teh količin povzroči zmanjšanje vrednosti druge.

Področja uporabe

Uporabo tega pojava lahko srečamo tako na visoko specializiranih področjih kot v vsakdanjem življenju.

Industrijske in tehnološke aplikacije

Vzporedna resonanca se pogosto uporablja v industrijskih in tehnoloških aplikacijah. Na primer, v avtomobilski industriji se ta pojav uporablja za ustvarjanje elektromagnetnih polj, ki omogočajo ugotavljanje stanja motorja in vseh glavnih sistemov.

Na podlagi resonance se merijo in nadzorujejo parametri, kot so temperatura, tlak ali vibracije. Izvaja se tudi splošna diagnostika sistemov. Resonanca se med drugim uporablja v številnih filtrih, medicinskih napravah in aplikacijah.

Telekomunikacije in radiotehnika

Radijski sprejemniki in oddajniki delujejo tako, da se uglasijo na želene frekvence. Za ojačanje signala in prenos informacij se uporablja oscilacijski krog. Ta postopek je mogoč le, če se frekvenca signala ujema z resonančno frekvenco vezja, kar se uporablja tudi pri postavitvi televizorjev in druge opreme.

Pomen pojava za sodobno elektroniko in elektrotehniko

Uporaba resonance zagotavlja najučinkovitejše delovanje električnih/elektronskih naprav in sistemov. Resonanca se uporablja za uglaševanje, ojačanje in filtriranje signalov. Lastnosti tega pojava omogočajo doseganje največje moči in selektivnosti signalov v radijskem območju ter zatiranje neresonančnih signalov.

Zaključek

Tokovna resonanca je fizikalni pojav, ki temelji na interakciji induktivnosti in kapacitivnosti v vezju. Izbira med vzporedno ali zaporedno resonanco je narejena na podlagi sistemskih zahtev in želenih rezultatov. Uporaba resonance vam omogoča ojačanje, uglaševanje in uravnavanje različnih frekvenc, zaradi katerih je pojav je našel uporabo v elektroniki, elektrotehniki, estetski medicini, radijski tehniki in telekomunikacije.

Objavljeno 23. 11. 2023 Posodobljeno 23. 11. 2023 s strani uporabnika Elvira Kasimova