Aplicación de resonancia de voltaje y resonancia de corriente.

En un circuito oscilatorio de inductancia L, capacitancia C y resistencia R, las oscilaciones eléctricas libres tienden a amortiguarse. Para evitar que las oscilaciones se amortigüen, es necesario reponer periódicamente el circuito con energía, luego se producirán oscilaciones forzadas, que no se debilitarán, ya que la EMF variable externa ya soportará las oscilaciones en el circuito.

Si las oscilaciones están respaldadas por una fuente de EMF armónica externa, cuya frecuencia f es muy cercana a la frecuencia resonante del circuito oscilante F, entonces la amplitud de las oscilaciones eléctricas U en el circuito aumentará considerablemente, es decir fenómeno de resonancia eléctrica.

Capacidad del circuito de CA

Consideremos primero el comportamiento del capacitor C en el circuito de CA.Si un condensador C está conectado al generador, el voltaje U en cuyos terminales cambia de acuerdo con la ley armónica, entonces la carga en las placas del condensador comenzará a cambiar de acuerdo con la ley armónica, similar a la corriente I en el circuito . Cuanto mayor sea la capacitancia del capacitor y mayor sea la frecuencia f de la fem armónica que se le aplica, mayor será la corriente I.

Este hecho está relacionado con la idea del llamado Capacidad del condensador XC, que introduce en el circuito de corriente alterna, limitando la corriente, similar a la resistencia activa R, pero frente a la resistencia activa, el condensador no disipa energía en forma de calor.

Si la resistencia activa disipa la energía y por lo tanto limita la corriente, entonces el capacitor limita la corriente simplemente porque no tiene tiempo para almacenar más carga de la que el generador puede dar en un cuarto de período, además, en el siguiente cuarto de período, el condensador libera energía acumulada en el campo eléctrico de su dieléctrico, de vuelta al generador, es decir, aunque la corriente es limitada, la energía no se disipa (despreciaremos las pérdidas en los hilos y en el dieléctrico).

inductancia de CA

Ahora considere el comportamiento de una inductancia L en un circuito de CA.Si, en lugar de un condensador, se conecta una bobina de inductancia L al generador, cuando se suministre una FEM sinusoidal (armónica) desde el generador a los terminales de la bobina, comenzará a aparecer una FEM de autoinducción, porque cuando la corriente a través de la inductancia cambia, el campo magnético creciente de la bobina tiende a evitar que la corriente aumente (ley de Lenz), es decir, la bobina parece introducir una resistencia inductiva XL en el circuito de CA, además del cable. resistencia r

Cuanto mayor sea la inductancia de una bobina dada y mayor sea la frecuencia F de la corriente del generador, mayor será la resistencia inductiva XL y menor la corriente I porque la corriente simplemente no tiene tiempo para estabilizarse debido a la FEM de la autoinducción de la bobina interfiere con él. Y cada cuarto del período, la energía almacenada en el campo magnético de la bobina se devuelve al generador (ignoraremos las pérdidas en los cables por ahora).

Impedancia, teniendo en cuenta R

En cualquier circuito oscilante real, la inductancia L, la capacitancia C y la resistencia activa R están conectadas en serie.

La inductancia y la capacitancia actúan sobre la corriente de manera opuesta en cada cuarto del período de la FEM armónica de la fuente: sobre las placas del capacitor el voltaje aumenta durante la carga, aunque la corriente disminuye, ya medida que la corriente aumenta a través de la inductancia, la corriente, aunque experimenta resistencia inductiva, pero aumenta y se mantiene.

Y durante la descarga: la corriente de descarga del capacitor es inicialmente grande, el voltaje en sus placas tiende a establecer una corriente grande, y la inductancia evita que la corriente aumente, y cuanto mayor sea la inductancia, menor será la corriente de descarga. En este caso, la resistencia activa R introduce pérdidas puramente activas, es decir, la impedancia Z de L, C y R conectados en serie, a la frecuencia de la fuente f, será igual a:

Ley de Ohm para corriente alterna

De la ley de Ohm para corriente alterna, es obvio que la amplitud de las oscilaciones forzadas es proporcional a la amplitud de la EMF y depende de la frecuencia. La resistencia total del circuito será la más pequeña y la amplitud de la corriente será la más grande, siempre que la resistencia inductiva y la capacitancia a una frecuencia dada sean iguales entre sí, en cuyo caso se producirá resonancia. De aquí también se deriva una fórmula para la frecuencia de resonancia del circuito oscilante:

Resonancia de voltaje

Cuando la fuente EMF, la capacitancia, la inductancia y la resistencia están conectadas en serie entre sí, la resonancia en dicho circuito se denomina resonancia en serie o resonancia de voltaje. Un rasgo característico de la resonancia de voltaje son los voltajes significativos en la capacitancia y en la inductancia en comparación con la FEM de la fuente.

La razón de la aparición de tal imagen es obvia. Sobre la resistencia activa, según la ley de Ohm, existirá un voltaje Ur, sobre la capacitancia Uc, sobre la inductancia Ul, y luego de hacer la relación de Uc a Ur, podemos encontrar el valor del factor de calidad Q.El voltaje a través de la capacitancia será Q veces la fuente EMF, el mismo voltaje se aplicará a la inductancia.

Es decir, la resonancia de tensión conduce a un aumento de la tensión en los elementos reactivos por un factor de Q, y la corriente resonante estará limitada por la FEM de la fuente, su resistencia interna y la resistencia activa del circuito R. Así , la resistencia del circuito en serie a la frecuencia de resonancia es mínima.

Aplicar resonancia de tensión

El fenómeno de la resonancia de tensión se utiliza en filtros electricos de varios tipos, por ejemplo, si es necesario eliminar un componente de corriente de cierta frecuencia de la señal transmitida, entonces un circuito de un condensador y un inductor conectados en serie se coloca en paralelo con el receptor, de modo que la corriente de frecuencia resonante de este El circuito LC se cerraría a través de él y no llegarían al receptor.

Entonces, las corrientes de una frecuencia alejada de la frecuencia de resonancia del circuito LC pasarán sin obstáculos a la carga, y solo las corrientes cercanas a la frecuencia de resonancia encontrarán el camino más corto a través del circuito LC.

O viceversa. Si es necesario pasar solo una corriente de cierta frecuencia, entonces el circuito LC se conecta en serie con el receptor, luego los componentes de la señal en la frecuencia de resonancia del circuito pasarán a la carga casi sin pérdida, y las frecuencias lejos de la resonancia se debilitarán significativamente y podemos decir que no alcanzarán la carga en absoluto. Este principio es aplicable a los receptores de radio donde se sintoniza un circuito oscilante sintonizable para recibir una frecuencia estrictamente definida de la estación de radio deseada.

En general, la resonancia de voltaje en ingeniería eléctrica es un fenómeno indeseable porque causa sobrevoltaje y daño al equipo.

Un ejemplo simple es una línea de cable larga, que por alguna razón resultó no estar conectada a la carga, pero al mismo tiempo es alimentada por un transformador intermedio. Tal línea con capacitancia e inductancia distribuidas, si su frecuencia de resonancia coincide con la frecuencia de la red de suministro, simplemente se cortará y fallará. Para evitar que el cable se dañe por un voltaje resonante accidental, se aplica una carga adicional.

Pero a veces la resonancia de voltaje juega a nuestro favor, no solo las radios. Por ejemplo, sucede que en las zonas rurales el voltaje en la red ha bajado de manera impredecible y la máquina necesita un voltaje de al menos 220 voltios. En este caso, se salva el fenómeno de resonancia de tensión.

Basta con incluir varios condensadores por fase en serie con la máquina (si el accionamiento es un motor asíncrono), y así aumentará la tensión en los devanados del estator.

Aquí es importante elegir el número correcto de capacitores para que compensen exactamente la caída de voltaje en la red con su resistencia capacitiva junto con la resistencia inductiva de los devanados, es decir, al acercar ligeramente el circuito a la resonancia, puede aumentar la caída de tensión incluso bajo carga.

resonancia de corrientes

Cuando la fuente EMF, la capacitancia, la inductancia y la resistencia están conectadas en paralelo entre sí, la resonancia en dicho circuito se denomina resonancia paralela o resonancia de corriente.Un rasgo característico de la resonancia de corriente son las corrientes significativas a través de la capacitancia y la inductancia en comparación con la fuente de corriente.

La razón de la aparición de tal imagen es obvia. La corriente a través de la resistencia activa según la ley de Ohm será igual a U / R, a través de la capacitancia U / XC, a través de la inductancia U / XL y al componer la relación de IL a I, puede encontrar el valor del factor de calidad. P. La corriente a través de la inductancia será Q veces la corriente de la fuente, la misma corriente fluirá cada medio período hacia adentro y hacia afuera del capacitor.

Es decir, la resonancia de las corrientes conduce a un aumento de la corriente a través de los elementos reactivos por un factor de Q, y la FEM resonante estará limitada por la fem de la fuente, su resistencia interna y la resistencia activa del circuito R Así, a la frecuencia de resonancia, la resistencia del circuito oscilante paralelo es máxima.

Aplicación de corrientes resonantes

Al igual que la resonancia de voltaje, la resonancia de corriente se usa en varios filtros. Pero conectado al circuito, el circuito en paralelo actúa de forma opuesta que en el caso del circuito en serie: instalado en paralelo con la carga, el circuito paralelo oscilante permitirá que la corriente de la frecuencia resonante del circuito pase a la carga. , porque la resistencia del propio circuito a su propia frecuencia de resonancia es máxima.

Instalado en serie con la carga, el circuito oscilante paralelo no transmitirá la señal de frecuencia resonante, porque todo el voltaje caerá sobre el circuito y la carga tendrá una pequeña parte de la señal de frecuencia resonante.

Entonces, la aplicación principal de la resonancia de corriente en la ingeniería de radio es la creación de una gran resistencia para una corriente de cierta frecuencia en generadores de tubo y amplificadores de alta frecuencia.

En ingeniería eléctrica, la resonancia de corriente se utiliza para lograr un alto factor de potencia de cargas con importantes componentes inductivos y capacitivos.

Por ejemplo, unidades de compensación de potencia reactiva (KRM) Son condensadores conectados en paralelo con los devanados de motores asíncronos y transformadores que funcionan bajo carga por debajo de la nominal.

Se recurre a tales soluciones precisamente para lograr resonancia de corrientes (resonancia paralela), cuando la resistencia inductiva del equipo es igual a la capacidad de los capacitores conectados a la frecuencia de la red, de manera que la energía reactiva circula entre los capacitores. y equipo, y no entre el equipo y la red; por lo que la red solo emite energía cuando el equipo está cargado y consume potencia activa.

Cuando el equipo no está funcionando, la red resulta estar conectada en paralelo con el circuito resonante (capacitores externos y la inductancia del equipo), lo que representa una impedancia compleja muy grande para la red y permite reducir Factor de potencia.