Понятие резонанса напряжений в электрических цепях переменного тока > Флэтора
Золотая квартира    

Понятие резонанса напряжений в электрических цепях переменного тока

Понятие резонанса напряжений в электрических цепях переменного тока

cdcaed2a

Содержание

При определенном сочетании частоты сигнала и реактивного сопротивления образуется резонанс в электрической цепи. Радиолюбители применяют его для настройки на определенную передающую станцию. Конструкторы линий электропередач делают специальные расчеты, чтобы предотвратить броски напряжения и аварийные ситуации. Представленные ниже сведения помогут успешно решать пpaктические задачи на основе особенностей этого явления.

При резонансе в цепи переменного тока резко увеличивается амплитуда сигнала

Причины резонанса

Классический пример с приказом комaндира идти марширующим солдатам «не в ногу» перед мостом наглядно демонстрирует суть этого явления. Если не использовать такую предосторожность, колебания могут увеличиться до критичного значения, вплоть до разрушения конструкции. Для получения максимальной амплитуды раскачивают в определенном ритме качели. Приведенные примеры демонстрируют существенное увеличение результата при совпадении частот внешнего воздействия и непосредственно самой системы.

Электрический резонанс по своим принципам не отличается от механических аналогов. Он образуется при совпадении частот внешнего сигнала и контура. Функции накопителей энергии выполняют реактивные индукционные и емкостные элементы. Потери (постепенное уменьшение амплитуды) обеспечивает электрическое сопротивление цепи, что аналогично коэффициенту трения.

Принцип резонанса токов

Условия резонанса

Для создания необходимых условий электро резонанса необходимо создать параллельный контур с тремя типовыми компонентами:

  • сопротивлением (R);
  • емкостью (C);
  • индуктивностью (L).
Схему подключают к источнику питания с напряжением (U)

На определенной частоте суммарные стоки через реактивные элементы (IL, Ic) становятся значительно больше, чем ток источника (I). Это явление называют резонансом тока.

Хаpaктеристики резонанса

Внутреннее сопротивление – формула

Это явление образуется при одинаковых реактивных составляющих цепи. Такое распределение позволяет обеспечить равномерную циркуляцию магнитной и электрической составляющих энергии (через индуктивность и конденсатор, соответственно). Такой контур называют «колебательным» по аналогии с механическим маятником.

При достижении определенной резонансной частоты (w) в параллельном (последовательном) контуре импеданс максимален (минимален). Соответствующим образом при изменении электрического сопротивления уменьшается (увеличивается) ток.

Резонанс токов и напряжений

Как рассчитать потрeбление электрической энергии

Параллельный контур используют, чтобы создать резонанс тока. Для выполнения отмеченных выше условий выбирают равные значения реактивных проводимостей (BL и Bc). По мере увеличения частоты общее сопротивление контура возрастает, что сопровождается уменьшением силы тока.

График изменения тока и проводимости, формулы для расчетов

В последовательном резонансном контуре устанавливают аналогичные функциональные компоненты. Эта схема при достижении резонансной частоты уменьшает сопротивление, что сопровождается существенным увеличением напряжения на реактивных составляющих, по сравнению с электродвижущей силой источника питания.

Резонанс напряжений в цепи переменного тока: график, электрическая схема и формула расчета

RLC-цепь

Для уточнения процессов надо изучить особенности компонентов типовой RLC цепи. Если к источнику переменного тока подсоединить конденсатор, напряжение на его обмотках будет изменяться по аналогии с исходным сигналом. Для расчетов пользуются понятием емкостного сопротивления Xc, которое определяется формулой:

Xc = 1/2π * f * C,

где:

  • f – частота;
  • С – емкость.

По мере роста частоты увеличивается емкостное сопротивление, и уменьшается ток:

I = U/ Xc.

Этот элемент выполняет определенные ограничительные функции. Однако он не рассеивает энергию c преобразованием в тепло как обычное электрическое сопротивление R.

К сведению. Для упрощения здесь рассмотрена идеальная емкость. В действительности каждый электронный компонент создает активное сопротивление току, что в определенной ситуации сопровождается нагревом.

Для расчета влияния индуктивной составляющей применяют формулы:

  • XL = 2π * f * L;
  • I = U/XL;
  • I = U/2π * f * L.

При подключении катушки к источнику питания образуется магнитное поле, которое препятствует прохождению тока. Формулы демонстрируют прямую зависимость сопротивления от частоты и значения индуктивности (L).

Электрический резонанс

Для полноценного изучения (применения) явления надо учитывать полное сопротивление цепи (Z). Вместе с потерями его можно выразить следующей формулой при последовательном подключении функциональных элементов:

Z = √ R2 + (2π * f * L – 1/2π * f * C)2.

По закону Ома:

I = U/Z = U/  √ R2 + (2π * f * L – 1/2π * f * C)2.

Если соблюдается равенство реактивных составляющих, сопротивление уменьшается с одновременным увеличением силы тока. При соблюдении такого условия несложно вычислить резонансную частоту (Fрез):

  • 2π * f * L = 1/2π * f * C;
  • Fрез = 1/2π * √ L*C.

Резонанс напряжений, достигающих максимальной амплитуды

Получить наибольшую амплитуду в последовательном контуре можно с помощью изменения следующих параметров:

  • индуктивности;
  • емкости;
  • частоты.

Значения отдельных компонентов устанавливают с применением рассмотренных выше формул. Так, величину емкости можно вычислить следующим образом:

C = 1/ f2 * L.

Если реактивные компоненты значительно больше активного сопротивления, на клеммах конденсатора или катушки можно получить повышение напряжения, по сравнению с источником.

Резонанс токов через реактивные элементы

В параллельном контуре оперируют с понятиями реактивных проводимостей (BL и Bc). Как и в предыдущем примере, для создания резонансного режима необходимо обеспечить равенство этих параметров. Дополнительным условием является совпадение частот (источника и контура). Ток при резонансе будет проходить только через активное сопротивление R.

Двойственность RLC-контуров

Из представленных сведений можно сделать два вывода с учетом выбранного варианта соединения функциональных компонентов цепи:

  • Последовательный (резонанс напряжений) – минимальное значение импеданса на Fрез, которое в идеальных условиях равно R;
  • Параллельный (резонанс токов) – на Fрез импеданс увеличивается до максимального значения.

Собственная частота резонансного контура

Этот параметр вычисляют по формуле:

w = 1/√ L*C.

Если частота контура совпадает с частотой внешнего сигнала, амплитуда колебаний значительно увеличивается.

Применение резонансного явления

Резонанс в электрических цепях используют для фильтрации сигналов. Выбирают соответствующую схему обработки для ограничения необходимого диапазона либо расширения полосы пропускания.

С помощью последовательного контура можно повысить напряжение питания, если снабжающая организация не обеспечивает стабильность параметров сети. Такие неприятности встречаются при подключении потребителей на дачных участках и в коттеджных поселках, в сравнительно небольших населенных пунктах.

Недостаток ликвидируют конденсаторами, которые добавляют в электрическую цепь. Подобные решения помогают восстановить работоспособность дрели, станка, другого мощного оборудования. Обмотки соответствующего привода выполняют функции индуктивного компонента колебательного контура.

Параллельное подключение конденсаторов компенсирует потери, созданные реактивной мощностью. Этот вариант обеспечивает циркуляцию энергии между накопителем и подключенной обмоткой. Без такого дополнения часть энергии будет бесполезно потрeблляться сетью питания. Следует подчеркнуть, что счетчик в любом случае фиксирует потрeбление. Данная модернизация поможет сэкономить на оплате коммунальных услуг.

Резонансные явления способны чрезмерно увеличить силу тока или напряжение. Необходим точный расчет электрических цепей, чтобы предотвратить перегрев и повреждение проводов, короткие замыкания и другие аварийные ситуации.

Использование резонанса напряжений для передачи радиосигнала

Применение последовательного колебательного контура удобно изучать на конкретном примере. При конструировании передающих устройств, например, уменьшение импеданса на определенной частоте позволяет сделать настройку на определенный сигнал. Такую задачу решают с помощью колебательного контура.

Распределение спектра на экране измерительного прибора после обработки фильтром

Точно спроектированный фильтр будет «убирать» паразитные составляющие без дополнительных средств контроля и автоматизации. Такое решение, кроме простоты и минимальной стоимости, обеспечивает экономное потрeбление энергии генератором сигнала.

Как показано на пpaктических примерах, резонанс может выполнять полезные и вредные функции. Точный расчет поможет создать качественную электрическую цепь с заданными техническими параметрами.

Видео


О комиссиях по проверке знаний по электробезопасности на предприятиях

О комиссиях по проверке знаний по электробезопасности на предприятиях Формирование аттестационных комиссий при образовательных центрах и на предприятиях с энергоустановками. Состав аттестационной комиссии по проверке знаний по электробезопасности на предприятии....

17 05 2024 10:23:35

Релейная защита: АПВ, АВР, АЧР назначение и требования

Релейная защита: АПВ, АВР, АЧР назначение и требования Виды релейных защит их назначение и классификация. Основные требования к релейным защитам, таким как АВР, АПВ, АЧР....

16 05 2024 20:34:31

Расчет коэффициента полезного действия: формулы для электрической цепи

Расчет коэффициента полезного действия: формулы для электрической цепи Формула и расчет КПД электрической цепи. Для чего нужен расчет коэффициента полезного действия. Определение мощности. Нахождение тока и определение значений для каждого элемента в электрической цепи....

15 05 2024 1:22:41

Демонтаж и замена старой проводки - экспертное мнение

Демонтаж и замена старой проводки - экспертное мнение Помимо обязательного обесточивания сети, нужно подготовить рабочий инструмент. Непосредственный демонтаж электропроводки, после ее поиска, дело простое....

14 05 2024 10:10:47

Освещение в спальне - виды, советы и нюансы выбора

Освещение в спальне - виды, советы и нюансы выбора Освещение в спальне устанавливается в виде потолочных, настенных и настольных светильников, выбор которых зависит от нескольких факторов....

13 05 2024 0:27:57

Что такое сопротивление проводников и от чего оно зависит: длина или сечение

Что такое сопротивление проводников и от чего оно зависит: длина или сечение Понятие электрического сопротивления проводника. Что такое сопротивление проводников: что важнее - длина или сечение. Формула для определения сопротивления проводника. Зависимость напряжения от материалов или геометрии проводников....

12 05 2024 18:46:13

Дифференциальная защита трaнcформатора и другие виды защит

Дифференциальная защита трaнcформатора и другие виды защит Основные виды применяемых при эксплуатации трaнcформаторов защит. Их принцип действия и выбор. Особенности защиты печных трaнcформаторов....

11 05 2024 22:27:23

О паяльном фене: изготовление самодельного термофена в домашних условиях

О паяльном фене: изготовление самодельного термофена в домашних условиях Назначение и конструкция самодельного фена паяльника. Температура нагрева спирали. Изготовление держателя для паяльника. Монтаж схемы управления, распайка платы контроллера. Изоляция нагревательного элемента....

10 05 2024 17:52:12

Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы

Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы Особенности подготовки к аттестации. Примеры общих вопросов. Современные системы технического обучения. Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы....

09 05 2024 0:35:11

Перечень счетчиков электроэнергии разрешенных к установке: виды,основные требования

Перечень счетчиков электроэнергии разрешенных к установке: виды,основные требования Разница между индукционными и электронными приборами, плюсы и минусы установок. Список рекомендуемых к применению счетчиков электроэнергии, фото и видео....

08 05 2024 11:23:22

Термоусаживаемые трубки для проводов: использование термоусадок при монтаже кабелей

Термоусаживаемые трубки для проводов: использование термоусадок при монтаже кабелей Хаpaктеристики и виды термоусадочных трубок. Материалы применяемые при изготовлении термоусадочных трубок. Области и технология применения термоусаживаемой трубки. Как правильно пользоваться термоусадкой для кабеля....

07 05 2024 9:37:39

Дифференциальный автомат: устройство, принцип работы

Дифференциальный автомат: устройство, принцип работы Дифавтомат это электрозащитное устройство, которое защищает проводку, оборудование и человека от воздействия электричества при неполадках в эл.цепи....

06 05 2024 18:34:16

Формула расчета периода переменных и постоянных токов в электротехнике

Формула расчета периода переменных и постоянных токов в электротехнике Определение и взаимосвязь частоты и периодов тока. Взаимосвязь частотности и работы электрооборудования. Частотомер: назначение прибора. Высокая частота токов и ее применение в промышленности и медицинской технике....

05 05 2024 22:54:36

Тепловизионный контроль электрооборудования

Тепловизионный контроль электрооборудования Что такое тепловизор, его классификация и где он применяется. Особенности тепловизионного контроля за нагревом дефектных частей электрооборудования....

04 05 2024 6:10:20

Металлогалогенные светильники: их устройство и подключение

Металлогалогенные светильники: их устройство и подключение Преимущества,особенности и конструкция металлогалогенных светильников, а также инструкция по их подключению от профессионального электрика....

03 05 2024 19:30:38

Управление светодиодными лентами

Управление светодиодными лентами Знакомство с устройством светодиодных лент, способы регулирования их яркости и управление цветом. Подключение диммеров к светодиодным источникам света....

02 05 2024 8:13:13

Инструмент и оборудование для электромонтажных работ: состав набора электрика

Инструмент и оборудование для электромонтажных работ: состав набора электрика Что такое чемодан электрика? Инструмент для электромонтажной работы: ручной, электрический электроизмерительный. Общие требования к инструменту электриков. Назначение инструмента. Техника безопасности при работе с электроинструментом....

01 05 2024 15:31:11

О зарядке для телефона без розетки: как зарядить телефон при отсутствии электророзетки

О зарядке для телефона без розетки: как зарядить телефон при отсутствии электророзетки Экстренная реанимация батареи "на один звонок". Использование пальчиковой батарейки. Солнечные батареи и переносные зарядные устройства. Зарядка для телефона без розетки за городом и на отдыхе....

30 04 2024 14:10:58

Как рассчитать мощность трехфазной сети: формулы для расчета показателей

Как рассчитать мощность трехфазной сети: формулы для расчета показателей Как узнать свою схему: трёхфазное или однофазное подключение. Как рассчитать мощность трехфазной сети электрического тока: формулы для расчета мощностных показателей. Расчет тока по мощности в трехфазной сети....

29 04 2024 20:24:38

Разновидности напольных кабель-каналов: по материалу изготовления и форме

Разновидности напольных кабель-каналов: по материалу изготовления и форме Назначение и достоинства напольных кабельных каналов для размещения проводки. Виды кабель-каналов. Напольные ПВХ короба жесткого типа. Инструментарий, необходимый для прокладки кабель-канала. Виниловый кабель канал....

28 04 2024 9:48:48

О знаках заземления электроустановок: размер значка по ГОСТ и варианты исполнения

О знаках заземления электроустановок: размер значка по ГОСТ и варианты исполнения Зачем нужно заземление. Как выглядит знак заземления, о чем он информирует. Знаки заземления на электрических схемах....

27 04 2024 23:43:48

Бестеневая лампа для профессионалов - разновидности и преимущества

Бестеневая лампа для профессионалов - разновидности и преимущества Бестеневая лампа и светильник - надежные и пpaктичные осветительные приборы, которые нашли применение во многих отраслях промышленности и в медицине....

26 04 2024 13:41:54

Постоянный и переменный ток, его источники и их применение в электротехнике

Постоянный и переменный ток, его источники и их применение в электротехнике Что такое источник тока с точки зрения теоретической и пpaктической электротехники. Химические (гальванические элементы и аккумуляторы) и физические (преобразующие тепловую, солнечную и пр. энергии) источники токов....

25 04 2024 21:26:32

Лента изоляционная: черная тканевая хб или ПВХ, термоусадочная, преимущества

Лента изоляционная: черная тканевая хб или ПВХ, термоусадочная, преимущества Разновидности изолент: лента изоляционная ХБ или тряпочная, ПВХ рулонная изолента. Из чего изготавливают изоляционную ленту. Сферы применения изоленты. Термоусадочная лента. Варианты клеевых покрытий. Преимущества изолент....

24 04 2024 1:53:57

Монтаж источников света - потолочные и настенные

Монтаж источников света - потолочные и настенные Монтаж источников света может выполняться квалифицированным электриком, а может и без него, главное знать основные нюансы подключения светильников....

23 04 2024 1:50:44

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала Способы экономии электроэнергии в быту очень разные, мы выбрали лучшие и рассказали о них вам: двухтарфиный счетчик, энергосберегающие лампы и другое...

22 04 2024 13:51:25

Применение кабельных лотков при монтаже электропроводки и заземления

Применение кабельных лотков при монтаже электропроводки и заземления Разновидности кабельных лотков и особенности применения в зависимости от требований ПУЭ. Достоинства железобетонных кабель-каналов. Полимерные короба (ПВХ лотки): особенности монтажа и требования пожарной безопасности. Металлические КЛ. Правила заземления....

21 04 2024 6:44:55

Использование тензометра: тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство

Использование тензометра: тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство Определение и классификация тензометров: различие в тензометрах в зависимости от принципа действия. Тензометр: механическое оборудование и электрические приборы. Струнные и оптические тензометры....

20 04 2024 3:31:27

Отличие перезаряжаемого аккумулятора от обычной батареи, разница маркировок

Отличие перезаряжаемого аккумулятора от обычной батареи, разница маркировок Отличие батарейки от аккумуляторной системы. Рекомендации для определения аккумулятора от обычной батарейки. Аккумулятор и батарейка: хаpaктеристики и маркировка....

19 04 2024 6:45:22

Установка розеток в гипсокартон: инструкция, особенности

Установка розеток в гипсокартон: инструкция, особенности Гипсокартон не совсем удобный материал для установки розетки, но общий порядок работ не сильно отличается от установки в другие типы стен....

18 04 2024 6:20:14

Таблица обозначений и расшифровки цветовой маркировки светодиодов

Таблица обозначений и расшифровки цветовой маркировки светодиодов Виды маркировки и типы отечественных и импортных диодов и светодиодов. SDM-диод: особенности маркировок в зависимости от полярности. обозначение размера диодного элемента. Индекс цветопередачи CRI....

17 04 2024 3:35:47

Технические хаpaктеристики и маркировка переменных резисторов

Технические хаpaктеристики и маркировка переменных резисторов Виды переменных резисторов: постоянные и подвижные потенциометры. Основные хаpaктеристики и обозначения подстрочного резистора. Переменный резистор: как определить вид по маркировке....

16 04 2024 18:46:54

Расшифровка обозначений и технические хаpaктеристики кабля ПВС

Расшифровка обозначений и технические хаpaктеристики кабля ПВС Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля ПВС. Условия эксплуатации провода ПВС. Электрические параметры кабелей ПВС. Конструкция и маркировка проводов ПВС. Правила прокладки и срок эксплуатации провода ПВС....

15 04 2024 21:16:19

Освещение искусственное - виды и принцип работы

Освещение искусственное - виды и принцип работы Освещение искусственное определяет качество нашей жизни и комфортные условия для пребывания человека в любом месте, а также обустраивает наше жилище....

14 04 2024 16:23:20

Ртутные лампы - общие сведения и принцип работы

Ртутные лампы - общие сведения и принцип работы Ртутные лампы не требуют грамотного подхода к их использованию и применяются в различных отраслях сельского и промышленного хозяйства, а также в быту....

13 04 2024 23:38:26

О контуре заземления и нормах ПУЭ: как заземлить частный дом

О контуре заземления и нормах ПУЭ: как заземлить частный дом Что такое контуры заземления. Какие для контуров заземления нормы ПУЭ. Конструкции контура заземления. Как правильно заземлить частный дом по нормативам. Влияние почвы на заземление....

12 04 2024 21:23:47

Электрим (Москва): отзывы, телефон, услуги

Электрим (Москва): отзывы, телефон, услуги На сегодняшний день наши компании способны решать задачи пpaктически любого класса сложности в электрических сетях 0.4-20кВ....

11 04 2024 21:33:19

Нормы освещенности уличного освещения: особенности, правила

Нормы освещенности уличного освещения: особенности, правила Освещение дорог позволяет обезопасить человека. Показатели зависят от категории объекта, яркости дорожного покрытия и количества движущего трaнcпорта....

10 04 2024 1:49:10

Конденсатор электролитический: маркировка, виды и типы конденсаторов

Конденсатор электролитический: маркировка, виды и типы конденсаторов Маркировка электролитических конденсаторов. Какие существуют виды и типы. Электролитический конденсатор переменной емкости....

09 04 2024 17:49:30

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках Определение катода и анода в электрохимии. Применение катодов и анодов в вакуумных приборах и полупроводниковых элементах. Катод и анод - это плюс или минус?...

08 04 2024 15:16:30

Подключение выключателя с реостатом (плавной регулировкой яркости света)

Подключение выключателя с реостатом (плавной регулировкой яркости света) Методы регулировки освещенности: реостатный или симисторный. Две группы выключателей с регулировкой яркости по конструктивному исполнению. Разновидности комнатных светорегуляторов. Типы используемых в выключателях с регулятором яркости ламп....

07 04 2024 8:53:12

Подключение розеток с заземлением - особенности и монтаж

Подключение розеток с заземлением - особенности и монтаж Установка розеток с заземлением это легко, но нужно знать основные принципы и особенности таких розеток, все это вы найдете...

06 04 2024 9:48:57

Концевые муфты: применение и разновидности, преимущества и недостатки

Концевые муфты: применение и разновидности, преимущества и недостатки Классификация муфт по назначению и типу изоляции. Назначение концевой муфты. Концевая термоусаживаемая муфта: материал изготовления. Схематическое изображение. Технология монтажа концевых термоусаживаемых муфт....

05 04 2024 15:24:17

Понятие (карта) селективности в электрических сетях: функции и виды защиты

Понятие (карта) селективности в электрических сетях: функции и виды защиты Принцип селективности и понятие карты селективностей в электрических цепях. Абсолютная и относительная избирательность для электросети отдельного объекта. Методы построения и виды систем селективной защиты. Селективность по току и/или по временному интервалу сpaбатывания защиты....

04 04 2024 12:53:33

Стабилизаторы напряжения на транзисторах: схема на стабилитроне

Стабилизаторы напряжения на транзисторах: схема на стабилитроне Принцип работы стабилизатора напряжения на транзисторах. Расчет хаpaктеристик стабилитронов. Компенсационные и импульсные стабилизаторы и алгоритм их работы. Схема стабилизаторов напряжения на транзисторе....

03 04 2024 17:46:56

О проходном выключателе двухклавишном: выбор изделия, технические хаpaктеристики и монтаж

О проходном выключателе двухклавишном: выбор изделия, технические хаpaктеристики и монтаж О проходном выключателе двухклавишном: выбор изделия, технические хаpaктеристики и схема подключения. Расшифровка защищенности переключателей, розеток и других электрических устройств по классификации стандарта IP....

02 04 2024 18:58:38

Сравниваем конвекторы и тепловентиляторы: какой нагреватель выбрать

Сравниваем конвекторы и тепловентиляторы: какой нагреватель выбрать Что лучше: конвектор или тепловентилятор - особенности выбора. Достоинства и недостатки конвекторов и тепловентиляторов. Конвекторы и тепловентиляторы: особенности выбора, рейтинг производителей, какой прибор лучше выбрать....

01 04 2024 1:30:43

Схема лабораторного БП: от простейшего до мощного с легкой регулировкой

Схема лабораторного БП: от простейшего до мощного с легкой регулировкой Изготовление лабораторного блока питания своими руками. Простое устройство и регулируемые БП. Схема двухполярного блока. Советы по оформлению корпуса блоков питания....

31 03 2024 23:34:13

Течение токов в цепи как перемещение частиц: от плюса к минусу или наоборот

Течение токов в цепи как перемещение частиц: от плюса к минусу или наоборот Как течет ток? Физическая сущность течения тока в цепи. Виды токов: постоянные и переменные токи. Двунаправленное перемещение зарядов. Принципиальное значение перемещения электронов в конкретной электрической схеме....

30 03 2024 18:33:24

Как подключить светодиод: инструкция 12 В и 220 В, расчет резистора

Как подключить светодиод: инструкция 12 В и 220 В, расчет резистора Как подключать светодиоды от 12 В и 220 В. Основные схемы подключения и расчёт резистора, полная инструкция от профессионала....

29 03 2024 14:53:40

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::