Ressonància de voltatge
Si el circuit de CA està connectat en sèrie inductor i condensador, llavors afecten a la seva manera el generador que alimenta el circuit i les connexions de fase entre el corrent i la tensió.
Un inductor introdueix un canvi de fase on el corrent retarda la tensió un quart de període, mentre que un condensador, per contra, fa que la tensió del circuit s'endarrereixi un quart de període. Així, l'efecte de la resistència inductiva sobre el canvi de fase entre el corrent i la tensió en un circuit és oposat a l'efecte de la resistència capacitiva.
Això condueix al fet que el canvi de fase total entre el corrent i la tensió del circuit depèn de la relació dels valors de resistència inductiva i capacitiva.
Si el valor de la resistència capacitiva del circuit és més gran que la inductiva, aleshores el circuit és de naturalesa capacitiva, és a dir, la tensió queda endarrerida del corrent en fase. Si, per contra, la resistència inductiva del circuit és més gran que la capacitiva, aleshores la tensió condueix al corrent i, per tant, el circuit és inductiu.
La reactància total Xtot del circuit que estem considerant es determina sumant la resistència inductiva de la bobina XL i la resistència capacitiva del condensador XC.
Però com que l'acció d'aquestes resistències al circuit és oposada, a una d'elles, és a dir, Xc, se li assigna un signe menys, i la reactància total es determina per la fórmula:
Aplicar a aquest circuit Llei d'Ohm, obtenim:
Aquesta fórmula es pot transformar de la següent manera:
A l'equació resultant, AzxL - el valor efectiu de la component de la tensió total del circuit, que superarà la resistència inductiva del circuit, i AzNSC - el valor efectiu de la component de la tensió total del circuit, que serà superar la resistència capacitiva.
Així, la tensió total d'un circuit que consisteix en una connexió en sèrie d'una bobina i un condensador es pot considerar com a formada per dos termes, els valors dels quals depenen dels valors de la resistència inductiva i capacitiva de la circuit.
Creiem que aquest circuit no té resistència activa. Tanmateix, en els casos en què la resistència activa del circuit ja no és tan petita com per ser insignificant, la resistència total del circuit es determina per la fórmula següent:
on R és la resistència activa total del circuit, XL -NSC - la seva reactància total. Passant a la fórmula de la llei d'Ohm, tenim el dret d'escriure:
Ressonància de tensió CA
Les resistències inductives i capacitives connectades en sèrie provoquen menys desfasament entre el corrent i la tensió en un circuit de CA que si s'incloguessin al circuit per separat.
En altres paraules, a partir de l'acció simultània d'aquestes dues reaccions de diferent naturalesa en el circuit, es produeix la compensació (destrucció mútua) del canvi de fase.
Indemnització total, és a dir. L'eliminació completa del canvi de fase entre el corrent i la tensió en aquest circuit es produirà quan la resistència inductiva sigui igual a la resistència capacitiva del circuit, és a dir, quan XL = XC o, que és el mateix, quan ωL = 1 / ωC.
En aquest cas, el circuit es comportarà com una resistència purament activa, és a dir, com si no tingués ni bobina ni condensador. El valor d'aquesta resistència ve determinat per la suma de les resistències actives de la bobina i els cables de connexió. Una bruixa corrent efectiu al circuit serà el més gran i està determinat per la fórmula de la llei d'Ohm I = U / R, on ara Z es substitueix per R.
Al mateix temps, les tensions que actuen sobre la bobina UL = AzxL i sobre el condensador Uc = AzNSCC seran iguals i seran tan grans com sigui possible. Amb una baixa resistència activa del circuit, aquestes tensions poden superar moltes vegades la tensió total U dels terminals del circuit. Aquest interessant fenomen s'anomena ressonància de voltatge en enginyeria elèctrica.
A la fig. La figura 1 mostra les corbes de tensions, corrents i potència a les tensions de ressonància del circuit.
Gràfic de tensió corrent i potència a ressonància de voltatge
Cal tenir en compte que les resistències XL i C són variables que depenen de la freqüència del corrent i val la pena modificar-ne almenys una mica la freqüència, per exemple, augmentar-la a mesura que augmentarà XL = ωL, i XSC = = 1. / ωC disminuirà i, per tant, la ressonància de tensió al circuit es veurà pertorbada immediatament, mentre que juntament amb la resistència activa, la reactància apareixerà al circuit. El mateix passarà si canvieu el valor de la inductància o la capacitat del circuit.
Amb la ressonància de tensió, la potència de la font de corrent només es gastarà per superar la resistència activa del circuit, és a dir, per escalfar els cables.
De fet, en un circuit amb una sola bobina inductiva es produeixen fluctuacions d'energia, és a dir. transferència periòdica d'energia del generador a camp magnètic bobines. En un circuit amb un condensador, passa el mateix, però per l'energia del camp elèctric del condensador. En un circuit amb un condensador i un inductor a ressonància de tensió (ХL = XС) l'energia, un cop emmagatzemada pel circuit, passa periòdicament de la bobina al condensador i viceversa, i només el consum d'energia necessari per superar la resistència activa de el circuit recau sobre la part de la font de corrent. Per tant, l'intercanvi d'energia té lloc entre el condensador i la bobina gairebé sense la participació del generador.
Només cal trencar una ressonància de tensió per valor, com l'energia del camp magnètic de la bobina es torna desigual a l'energia del camp elèctric del condensador, i en el procés d'intercanvi d'energia entre aquests camps, es produirà un excés d'energia. apareixerà, que sortirà periòdicament de la font al circuit, i després la retornarà al circuit.
Aquest fenomen és molt semblant al que passa en un rellotge. El pèndol d'un rellotge seria capaç d'oscil·lar contínuament sense l'ajuda d'una molla (o d'un pes en un caminador de rellotges) si no fos per les forces de fricció que frenen el seu moviment.
La molla, en transmetre part de la seva energia al pèndol en el moment oportú, l'ajuda a superar les forces de fricció, aconseguint així continuïtat d'oscil·lació.
De la mateixa manera, en un circuit elèctric, quan hi ha ressonància, la font de corrent gasta la seva energia només per superar la resistència activa del circuit, ajudant així el procés oscil·latori en ell.
Així arribem a la conclusió que un circuit de corrent altern, format per un generador i un inductor i un condensador connectats en sèrie, en determinades condicions XL = XС es converteix en un sistema oscil·lant... Aquest circuit va rebre el nom de circuit oscil·lant.
A partir de l'equació XL = XС és possible determinar els valors de la freqüència del generador en què es produeix el fenomen de ressonància de tensió:
Significat de la capacitat i la inductància del circuit on es produeix la ressonància de tensió:
Així, canviant qualsevol d'aquestes tres magnituds (eres, L i C), és possible provocar una ressonància de tensió al circuit, és a dir, convertir el circuit en un circuit oscil·lant.
Un exemple d'aplicació útil de la ressonància de tensió: el circuit d'entrada d'un receptor s'ajusta mitjançant un condensador variable (o variòmetre) de manera que es produeixi una ressonància de voltatge. Això aconsegueix un gran augment de la tensió de la bobina necessària per al funcionament normal del receptor en comparació amb la tensió del circuit creat per l'antena.
Juntament amb l'ús útil del fenomen de la ressonància de voltatge en enginyeria elèctrica, sovint hi ha casos en què la ressonància de voltatge és perjudicial.Un gran augment de la tensió en seccions individuals del circuit (a la bobina o al condensador) en comparació amb la tensió. del generador pot provocar danys en peces separades i dispositius de mesura.