¿Cuál es la resonancia de corrientes y voltajes?
Inductancia reactancia y capacitancia
La inductancia es la capacidad del cuerpo para acumular energía en un campo magnético. Se caracteriza por un retraso de la corriente del voltaje en fase. Los elementos inductivos típicos son choques, bobinas, transformadores, motores eléctricos.
La capacidad se refiere a elementos que almacenan energía a través de un campo eléctrico. Los elementos capacitivos se caracterizan por un desfase de voltaje de la corriente. Elementos capacitivos: condensadores, varicaps.
Se dan sus propiedades básicas, los matices de este artículo no se tienen en cuenta.
Además de los elementos enumerados, otros también tienen una cierta inductancia y capacitancia, por ejemplo, en cables eléctricos distribuidos a lo largo de su longitud.
Capacitancia e inductancia en un circuito de corriente alterna.
Si en los circuitos de CC la capacitancia en sentido general es una parte rota del circuito, y la inductancia es un conductor, entonces en condensadores y bobinas alternas son un análogo reactivo de una resistencia.
La reactancia del inductor está determinada por la fórmula:
Diagrama vectorial:
Reactancia del condensador:
Aquí w es la frecuencia angular, f es la frecuencia en el circuito de corriente sinusoidal, L es la inductancia, C es la capacitancia.
Diagrama vectorial:
Vale la pena señalar que en el cálculo de los elementos reactivos conectados en serie, se utiliza la fórmula:
Tenga en cuenta que el componente capacitivo se toma con un signo menos. Si el componente activo (resistencia) también está presente en el circuito, agregue de acuerdo con la fórmula del teorema de Pitágoras (basado en el diagrama vectorial):
¿De qué depende la reactancia? Las características reactivas dependen del valor de capacitancia o inductancia, así como de la frecuencia de la corriente alterna.
Si observa la fórmula del componente reactivo, puede ver que para ciertos valores del componente capacitivo o inductivo, su diferencia será cero, entonces solo la resistencia permanecerá en el circuito. Pero estas no son todas las características de tal situación.
Resonancia de voltaje
Si un condensador y un inductor están conectados en serie con un generador, entonces, siempre que su reactancia sea igual, se producirá una resonancia de voltaje. En este caso, la parte activa Z debe ser lo más pequeña posible.
Vale la pena señalar que la inductancia y la capacitancia solo tienen cualidades reactivas solo en ejemplos idealizados. En circuitos y elementos reales, la resistencia activa de los conductores siempre está presente, aunque es extremadamente pequeña.
En la resonancia, se produce un intercambio de energía entre el inductor y el condensador. En ejemplos ideales, durante la conexión inicial de una fuente de energía (generador), la energía se acumula en el condensador (o inductor) y después de que se apaga, se producen oscilaciones no amortiguadas debido a este intercambio.
Los voltajes en los inductores y capacitancias son aproximadamente los mismos, de acuerdo con Ley de ohm:
U = I / X
Donde X es la inductancia capacitiva Xc o XL, respectivamente.
Un circuito que consiste en inductancia y capacitancia se llama circuito oscilatorio. Su frecuencia se calcula mediante la fórmula:
El período de oscilación está determinado por la fórmula de Thompson:
Dado que la reactancia depende de la frecuencia, la resistencia de inductancia aumenta al aumentar la frecuencia y disminuye a la capacitancia. Cuando las resistencias son iguales, la resistencia total se reduce considerablemente, lo que se refleja en el gráfico:
Las características principales del circuito son el factor de calidad (Q) y la frecuencia. Si consideramos el circuito como un terminal de cuatro terminales, su coeficiente de transmisión después de cálculos simples se reduce al factor de calidad:
K = q
Y el voltaje en los terminales del circuito aumenta en proporción al coeficiente de transferencia (factor de calidad) del circuito.
Reino Unido = Uin * Q
Con la resonancia de voltaje, cuanto mayor sea el factor de calidad, mayor será el voltaje en los elementos del circuito que excederá el voltaje del generador conectado. El voltaje puede aumentar decenas o cientos de veces. Esto se muestra en el gráfico:
Las pérdidas de potencia en el circuito se deben solo a la presencia de resistencia activa. La energía de la fuente de energía se toma solo para mantener las fluctuaciones.
El factor de potencia será igual a:
cosФ = 1
Esta fórmula muestra que las pérdidas ocurren debido a la potencia activa:
S = P / Cosph
Corrientes de resonancia
La resonancia de corriente se observa en circuitos donde la inductancia y la capacitancia están conectadas en paralelo.
El fenómeno consiste en el flujo de grandes corrientes entre el condensador y la bobina, a corriente cero en la parte no ramificada del circuito. Esto se debe a que cuando se alcanza la frecuencia de resonancia, la resistencia total Z aumenta. O en términos simples, suena así: en el punto de resonancia se alcanza el valor total máximo de la resistencia Z, después de lo cual una de las resistencias aumenta y la otra disminuye dependiendo de si la frecuencia aumenta o disminuye. Esto se muestra gráficamente:
En general, todo es similar al fenómeno anterior, las condiciones para la aparición de la resonancia actual son las siguientes:
- La frecuencia de potencia es similar a la resonante en el circuito.
- Las conductividades de la inductancia y la capacitancia para la corriente alterna son iguales a BL = Bc, B = 1 / X.
Aplicación práctica
Considere los beneficios y los daños de las corrientes y voltajes de resonancia. El mayor beneficio del fenómeno de resonancia traído en equipos de transmisión de radio. En palabras simples, el circuito receptor tiene una bobina y un condensador conectado a la antena. Al cambiar la inductancia (por ejemplo, mover el núcleo) o el valor de la capacitancia (por ejemplo, un condensador variable de aire), se ajusta la frecuencia de resonancia. Como resultado, el voltaje en la bobina aumenta y el receptor capta cierta onda de radio.
Estos fenómenos pueden ser dañinos en la ingeniería eléctrica, por ejemplo, en líneas de cable. Un cable es una inductancia y capacitancia distribuida a lo largo de la longitud si se aplica voltaje a una línea larga en modo inactivo (cuando la carga no está conectada al extremo del cable opuesto a la fuente de alimentación). Por lo tanto, existe el peligro de que se produzca una ruptura del aislamiento, para evitar esto, se conecta un lastre de carga.Además, una situación similar puede conducir a la falla de componentes electrónicos, instrumentos de medición y otros equipos eléctricos; estas son consecuencias peligrosas de este fenómeno.
Conclusión
La resonancia de voltajes y corrientes es un fenómeno interesante a tener en cuenta. Se observa solo en circuitos inductivos-capacitivos. En circuitos con grandes resistencias activas, no puede ocurrir. Para resumir, responda brevemente las preguntas principales sobre este tema:
- ¿Dónde y en qué cadenas se observa el fenómeno de resonancia?
En circuitos capacitivos inductivos.
- ¿Cuáles son las condiciones para la aparición de resonancia de corrientes y voltajes?
Ocurre bajo la condición de igual reactancia. El circuito debe tener una resistencia activa mínima, y la frecuencia de la fuente de alimentación coincide con la frecuencia de resonancia del circuito.
- ¿Cómo encontrar la frecuencia resonante?
En ambos casos, por la fórmula:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- ¿Cómo eliminar el fenómeno?
Al aumentar la resistencia en el circuito o cambiar la frecuencia.
Ahora ya sabe cuál es la resonancia de corrientes y voltajes, cuáles son las condiciones para su ocurrencia y aplicaciones prácticas. Para consolidar el material, recomendamos ver un video útil sobre el tema:
Materiales relacionados:
Cargando ...
