Quelle est la résonance des courants et des tensions
Réactance d'inductance et capacité
L'inductance est la capacité du corps à accumuler de l'énergie dans un champ magnétique. Il se caractérise par un décalage du courant par rapport à la tension en phase. Les éléments inductifs typiques sont les selfs, bobines, transformateurs, moteurs électriques.
La capacité se réfère aux éléments qui stockent l'énergie à travers un champ électrique. Les éléments capacitifs sont caractérisés par un décalage de phase de la tension par rapport au courant. Éléments capacitifs: condensateurs, varicaps.
Leurs propriétés de base sont données, les nuances de cet article ne sont pas prises en compte.
En plus des éléments énumérés, d'autres ont également une certaine inductance et capacité, par exemple, dans les câbles électriques répartis sur sa longueur.
Capacité et inductance dans un circuit à courant alternatif
Si dans les circuits à courant continu, la capacité au sens général est une partie cassée du circuit et l'inductance est un conducteur, alors dans les condensateurs et les bobines alternés sont un analogue réactif d'une résistance.
La réactance de l'inducteur est déterminée par la formule:
Diagramme vectoriel:
Réactance des condensateurs:
Ici w est la fréquence angulaire, f est la fréquence dans le circuit de courant sinusoïdal, L est l'inductance, C est la capacité.
Diagramme vectoriel:
Il est à noter que dans le calcul des éléments réactifs connectés en série, la formule est utilisée:
Veuillez noter que la composante capacitive est prise avec un signe moins. Si le composant actif (résistance) est également présent dans le circuit, ajoutez selon la formule du théorème de Pythagore (basé sur le diagramme vectoriel):
De quoi dépend la réactance? Les caractéristiques réactives dépendent de la capacité ou de l'inductance, ainsi que de la fréquence du courant alternatif.
Si vous regardez la formule du composant réactif, vous pouvez voir que pour certaines valeurs du composant capacitif ou inductif, leur différence sera nulle, alors seule la résistance restera dans le circuit. Mais ce ne sont pas toutes les caractéristiques d'une telle situation.
Résonance de tension
Si un condensateur et une inductance sont connectés en série avec un générateur, alors, à condition que leur réactance soit égale, une résonance de tension se produira. Dans ce cas, la partie active Z doit être aussi petite que possible.
Il convient de noter que l'inductance et la capacité n'ont de qualités réactives que dans des exemples idéalisés. Dans les circuits et éléments réels, la résistance active des conducteurs est toujours présente, bien qu'elle soit extrêmement faible.
Lors de la résonance, un échange d'énergie se produit entre l'inducteur et le condensateur. Dans des exemples idéaux, lors de la connexion initiale d'une source d'énergie (générateur), l'énergie s'accumule dans le condensateur (ou l'inductance) et après sa mise hors tension, des oscillations non amorties se produisent en raison de cet échange.
Les tensions aux inductances et les capacités sont approximativement les mêmes, selon La loi d'Ohm:
U = I / X
Où X est l'inductance capacitive Xc ou XL, respectivement.
Un circuit composé d'inductance et de capacité est appelé circuit oscillatoire. Sa fréquence est calculée par la formule:
La période d'oscillation est déterminée par la formule de Thompson:
Puisque la réactance dépend de la fréquence, la résistance d'inductance augmente avec l'augmentation de la fréquence et diminue à la capacité. Lorsque les résistances sont égales, la résistance totale est fortement réduite, ce qui se reflète dans le graphique:
Les principales caractéristiques du circuit sont le facteur de qualité (Q) et la fréquence. Si nous considérons le circuit comme un quatre bornes, alors son coefficient de transmission après de simples calculs est réduit au facteur de qualité:
K = q
Et la tension aux bornes du circuit augmente proportionnellement au coefficient de transfert (facteur de qualité) du circuit.
UK = Uin * Q
Avec la résonance de tension, plus le facteur de qualité est élevé, plus la tension sur les éléments du circuit sera supérieure à la tension du générateur connecté. La tension peut augmenter des dizaines ou des centaines de fois. Ceci est illustré dans le graphique:
Les pertes de puissance dans le circuit ne sont dues qu'à la présence d'une résistance active. L'énergie de la source d'alimentation est uniquement utilisée pour maintenir les fluctuations.
Le facteur de puissance sera égal à:
cosФ = 1
Cette formule montre que les pertes se produisent en raison de la puissance active:
S = P / Cosph
Courants de résonance
La résonance de courant est observée dans les circuits où l'inductance et la capacité sont connectées en parallèle.
Le phénomène consiste en la circulation de grands courants entre le condensateur et la bobine, à courant nul dans la partie non ramifiée du circuit. En effet, lorsque la fréquence de résonance est atteinte, la résistance totale Z augmente. Ou en termes simples, cela ressemble à ceci - au point de résonance, la valeur totale maximale de la résistance Z est atteinte, après quoi l'une des résistances augmente et l'autre diminue selon que la fréquence augmente ou diminue. Ceci est affiché graphiquement:
En général, tout est similaire au phénomène précédent, les conditions d'émergence de la résonance actuelle sont les suivantes:
- La fréquence d'alimentation est similaire à la résonance du circuit.
- Les conductivités de l'inductance et de la capacité pour le courant alternatif sont égales à BL = Bc, B = 1 / X.
Application pratique
Tenez compte des avantages et des inconvénients des courants et des tensions de résonance. Le plus grand bénéfice du phénomène de résonance a été apporté aux équipements de transmission radio. En termes simples, le circuit récepteur a une bobine et un condensateur connectés à l'antenne. En modifiant l'inductance (par exemple, en déplaçant le noyau) ou la valeur de la capacité (par exemple, un condensateur à air variable), vous ajustez la fréquence de résonance. En conséquence, la tension sur la bobine augmente et le récepteur capte une certaine onde radio.
Ces phénomènes peuvent être nocifs en électrotechnique, par exemple sur les lignes de câbles. Un câble est une inductance et une capacité réparties sur toute la longueur si la tension est fournie à une longue ligne en mode inactif (lorsque la charge n'est pas connectée à l'extrémité du câble opposée à la source d'alimentation). Par conséquent, il existe un risque de rupture de l'isolation, afin d'éviter cela, un ballast de charge est connecté.En outre, une situation similaire peut entraîner la défaillance de composants électroniques, d'instruments de mesure et d'autres équipements électriques - ce sont des conséquences dangereuses de ce phénomène.
Conclusion
La résonance des tensions et des courants est un phénomène intéressant à prendre en compte. Elle n'est observée que dans les circuits inductifs capacitifs. Dans les circuits avec de grandes résistances actives, cela ne peut pas se produire. Pour résumer, répondre brièvement aux principales questions sur ce sujet:
- Où et dans quelles chaînes le phénomène de résonance est-il observé?
Dans les circuits capacitifs inductifs.
- Quelles sont les conditions de résonance des courants et des tensions?
Il se produit dans des conditions de réactance égale. Le circuit doit avoir une résistance active minimale et la fréquence de l'alimentation coïncide avec la fréquence de résonance du circuit.
- Comment trouver la fréquence de résonance?
Dans les deux cas, par la formule:w = (1 / LC) ^ (1/2)
- Comment éliminer le phénomène?
En augmentant la résistance dans le circuit ou en changeant la fréquence.
Vous savez maintenant quelle est la résonance des courants et des tensions, quelles sont les conditions de son apparition et ses applications pratiques. Pour consolider le matériel, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile sur le sujet:
Matériaux associés:
Chargement ...
