Resonancia de voltaje

Si el circuito de CA está conectado en serie inductor y condensador, luego afectan a su manera al generador que alimenta el circuito y las conexiones de fase entre corriente y voltaje.

Un inductor introduce un cambio de fase en el que la corriente se atrasa con respecto al voltaje en un cuarto de período, mientras que un capacitor, por el contrario, hace que el voltaje en el circuito se retrase con respecto a la corriente en un cuarto de período. Por lo tanto, el efecto de la resistencia inductiva sobre el cambio de fase entre corriente y voltaje en un circuito es opuesto al efecto de la resistencia capacitiva.

Esto lleva al hecho de que el cambio de fase total entre corriente y voltaje en el circuito depende de la relación de los valores de resistencia inductiva y capacitiva.

Si el valor de la resistencia capacitiva del circuito es mayor que la inductiva, entonces el circuito es de naturaleza capacitiva, es decir, la tensión va a la zaga de la corriente en fase. Si, por el contrario, la resistencia inductiva del circuito es mayor que la capacitiva, entonces la tensión se adelanta a la corriente y por tanto el circuito es inductivo.

La reactancia total Xtot del circuito que estamos considerando se determina sumando la resistencia inductiva de la bobina XL y la resistencia capacitiva del capacitor XC.

Pero como la acción de estas resistencias en el circuito es opuesta, a una de ellas, a saber, Xc, se le asigna un signo menos, y la reactancia total se determina mediante la fórmula:

Aplicar a este circuito Ley de Ohm, obtenemos:

Esta fórmula se puede transformar de la siguiente manera:

En la ecuación resultante, AzxL — el valor efectivo del componente del voltaje total del circuito, que superará la resistencia inductiva del circuito, y AzNSC — el valor efectivo del componente del voltaje total del circuito, que superar la resistencia capacitiva.

Por lo tanto, el voltaje total de un circuito que consiste en una conexión en serie de una bobina y un capacitor puede considerarse que consta de dos términos, cuyos valores dependen de los valores de la resistencia inductiva y capacitiva del circuito.

Creíamos que tal circuito no tiene resistencia activa. Sin embargo, en los casos en que la resistencia activa del circuito ya no sea tan pequeña como para ser despreciable, la resistencia total del circuito se determina mediante la siguiente fórmula:

donde R es la resistencia activa total del circuito, XL -NSC — su reactancia total. Pasando a la fórmula de la ley de Ohm, tenemos derecho a escribir:

Resonancia de tensión CA

Las resistencias inductivas y capacitivas conectadas en serie provocan menos cambio de fase entre la corriente y el voltaje en un circuito de CA que si se incluyeran en el circuito por separado.

En otras palabras, de la acción simultánea de estas dos reacciones de diferente naturaleza en el circuito, se produce la compensación (destrucción mutua) del desfase.

Compensación completa, es decir. la eliminación completa del cambio de fase entre corriente y voltaje en dicho circuito ocurrirá cuando la resistencia inductiva sea igual a la resistencia capacitiva del circuito, es decir, cuando XL = XC o, lo que es lo mismo, cuando ωL = 1 / ωC.

En este caso, el circuito se comportará como una resistencia puramente activa, es decir, como si no tuviera bobina ni condensador. El valor de esta resistencia está determinado por la suma de las resistencias activas de la bobina y los cables de conexión. En el cual corriente efectiva en el circuito será el más grande y está determinado por la fórmula de la ley de Ohm I = U / R donde Z ahora se reemplaza por R.

Al mismo tiempo, los voltajes que actúan sobre la bobina UL = AzxL y sobre el capacitor Uc = AzNSCC serán iguales y serán tan grandes como sea posible. Con baja resistencia activa del circuito, estos voltajes pueden exceder muchas veces el voltaje total U de los terminales del circuito. Este interesante fenómeno se llama resonancia de voltaje en ingeniería eléctrica.

En la Fig. 1 muestra las curvas de voltajes, corrientes y potencia a voltajes de resonancia en el circuito.

Gráfico de corriente de voltaje y potencia en resonancia de voltaje

Debe tenerse en cuenta que las resistencias XL y C son variables que dependen de la frecuencia de la corriente y vale la pena al menos cambiar ligeramente su frecuencia, por ejemplo, aumentarla como XL = ωL aumentará, y XSC = = 1 / ωC disminuirá y, por lo tanto, la resonancia de voltaje en el circuito se verá perturbada inmediatamente, mientras que junto con la resistencia activa, aparecerá la reactancia en el circuito. Lo mismo sucederá si cambias el valor de la inductancia o capacitancia del circuito.

Con resonancia de voltaje, la potencia de la fuente de corriente se gastará solo para vencer la resistencia activa del circuito, es decir, para calentar los cables.

De hecho, en un circuito con una sola bobina inductiva, se producen fluctuaciones de energía, es decir, transferencia periódica de energía del generador al campo magnético bobinas En un circuito con un capacitor sucede lo mismo, pero debido a la energía del campo eléctrico del capacitor. En un circuito con un capacitor y un inductor en resonancia de voltaje (ХL = XС), la energía, una vez almacenada por el circuito, pasa periódicamente de la bobina al capacitor y viceversa, y solo el consumo de energía necesario para vencer la resistencia activa de el circuito cae sobre la parte de la fuente de corriente. Por tanto, el intercambio de energía se produce entre el condensador y la bobina casi sin la participación del generador.

Solo hay que romper una tensión de resonancia por valor, como la energía del campo magnético de la bobina se vuelve desigual a la energía del campo eléctrico del capacitor, y en el proceso de intercambio de energía entre estos campos, se producirá un exceso de energía. Aparecerá, que periódicamente fluirá desde la fuente en el circuito, luego lo retroalimentará en el circuito.

Este fenómeno es muy similar a lo que sucede en un mecanismo de relojería. El péndulo de un reloj podría oscilar continuamente sin la ayuda de un resorte (o un peso en un andador de reloj) si no fuera por las fuerzas de fricción que retrasan su movimiento.

El resorte, al transmitir parte de su energía al péndulo en el momento adecuado, lo ayuda a vencer las fuerzas de fricción, logrando así la continuidad de la oscilación.

De manera similar, en un circuito eléctrico, cuando ocurre resonancia en él, la fuente de corriente gasta su energía solo para vencer la resistencia activa del circuito, asistiendo así al proceso oscilatorio en él.

Por lo tanto, llegamos a la conclusión de que un circuito de corriente alterna, que consta de un generador y un inductor y un condensador conectados en serie, bajo ciertas condiciones XL = XС se convierte en un sistema oscilante... Este circuito se denominó circuito oscilante.

A partir de la ecuación XL = XС es posible determinar los valores de la frecuencia del generador a la que se produce el fenómeno de resonancia de tensión:

Significado de la capacitancia y la inductancia del circuito donde se produce la resonancia de tensión:

Así, cambiando cualquiera de estas tres cantidades (eres, L y C), es posible provocar una resonancia de tensión en el circuito, es decir, convertir el circuito en un circuito oscilante.

Un ejemplo de una aplicación útil de resonancia de voltaje: el circuito de entrada de un receptor se ajusta mediante un capacitor variable (o variómetro) de tal manera que se produce resonancia de voltaje en él. Esto logra un gran aumento en el voltaje de la bobina requerido para la operación normal del receptor en comparación con el voltaje del circuito creado por la antena.

Junto con el uso útil del fenómeno de la resonancia de tensión en ingeniería eléctrica, a menudo hay casos en los que la resonancia de tensión es perjudicial Un gran aumento de la tensión en secciones individuales del circuito (en la bobina o en el condensador) en comparación con la tensión del generador puede provocar daños en piezas separadas y dispositivos de medición.