ressonância de tensão

Se o circuito CA estiver conectado em série indutor e capacitor, então eles afetam à sua maneira o gerador que alimenta o circuito e as conexões de fase entre corrente e tensão.

Um indutor introduz uma mudança de fase onde a corrente está atrasada em relação à tensão em um quarto de período, enquanto um capacitor, ao contrário, faz com que a tensão no circuito esteja atrasada em relação à corrente em um quarto de período. Assim, o efeito da resistência indutiva na mudança de fase entre a corrente e a tensão em um circuito é oposto ao efeito da resistência capacitiva.

Isso leva ao fato de que a mudança de fase total entre corrente e tensão no circuito depende da relação entre os valores de resistência indutiva e capacitiva.

Se o valor da resistência capacitiva do circuito for maior que o indutivo, então o circuito é de natureza capacitiva, ou seja, a tensão fica atrás da corrente em fase. Se, ao contrário, a resistência indutiva do circuito for maior que a capacitiva, então a tensão está adiantada em relação à corrente e, portanto, o circuito é indutivo.

A reatância total Xtot do circuito que estamos considerando é determinada somando a resistência indutiva da bobina XL e a resistência capacitiva do capacitor XC.

Mas como a ação dessas resistências no circuito é oposta, então uma delas, a saber, Xc, recebe um sinal de menos e a reatância total é determinada pela fórmula:

Aplicar a este circuito lei de ohm, Nós temos:

Esta fórmula pode ser transformada da seguinte forma:

Na equação resultante, AzxL — o valor efetivo da componente da tensão total do circuito, que vencerá a resistência indutiva do circuito, e AzNSC — o valor efetivo da componente da tensão total do circuito, que vencerá superar a resistência capacitiva.

Assim, a tensão total de um circuito que consiste em uma conexão em série de uma bobina e um capacitor pode ser considerada como composta por dois termos, cujos valores dependem dos valores das resistências indutiva e capacitiva do o circuito.

Acreditávamos que tal circuito não possui resistência ativa. No entanto, nos casos em que a resistência ativa do circuito não é mais tão pequena a ponto de ser desprezível, a resistência total do circuito é determinada pela seguinte fórmula:

onde R é a resistência ativa total do circuito, XL -NSC — sua reatância total. Passando para a fórmula da lei de Ohm, temos o direito de escrever:

ressonância de tensão CA

As resistências indutivas e capacitivas conectadas em série causam menos deslocamento de fase entre a corrente e a tensão em um circuito CA do que se fossem incluídas no circuito separadamente.

Em outras palavras, a partir da ação simultânea dessas duas reações de natureza diferente no circuito, ocorre a compensação (destruição mútua) do deslocamento de fase.

Compensação total, ou seja. a eliminação completa do deslocamento de fase entre corrente e tensão em tal circuito ocorrerá quando a resistência indutiva for igual à resistência capacitiva do circuito, ou seja, quando XL = XC ou, o que é o mesmo, quando ωL = 1 / ωC.

Nesse caso, o circuito se comportará como uma resistência puramente ativa, ou seja, como se não tivesse bobina nem capacitor. O valor dessa resistência é determinado pela soma das resistências ativas da bobina e dos fios de conexão. Em qual corrente efetiva no circuito será o maior e é determinado pela fórmula da lei de Ohm I = U / Ronde Z agora é substituído por R.

Ao mesmo tempo, as tensões que atuam na bobina UL = AzxL e no capacitor Uc = AzNSCC serão iguais e serão as maiores possíveis. Com baixa resistência ativa do circuito, essas tensões podem exceder muitas vezes a tensão total U dos terminais do circuito. Esse fenômeno interessante é chamado de ressonância de tensão na engenharia elétrica.

Na fig. 1 mostra as curvas de tensões, correntes e potências nas tensões de ressonância do circuito.

Gráfico de corrente de tensão e potência na ressonância de tensão

Deve-se ter em mente que as resistências XL e C são variáveis ​​que dependem da frequência da corrente e vale a pena pelo menos alterar levemente sua frequência, por exemplo, aumentá-la, pois XL = ωL aumentará e XSC = = 1 / ωC diminuirá e assim a ressonância de tensão no circuito será imediatamente perturbada, enquanto junto com a resistência ativa, a reatância aparecerá no circuito. O mesmo acontecerá se você alterar o valor da indutância ou capacitância do circuito.

Com a ressonância de tensão, a potência da fonte de corrente será gasta apenas para vencer a resistência ativa do circuito, ou seja, para aquecer os fios.

De fato, em um circuito com uma única bobina indutiva, ocorrem flutuações de energia, ou seja, transferência periódica de energia do gerador para o campo magnético bobinas. Em um circuito com capacitor, acontece a mesma coisa, mas por causa da energia do campo elétrico do capacitor. Em um circuito com capacitor e indutor em ressonância de tensão (ХL = XС), a energia, uma vez armazenada pelo circuito, passa periodicamente da bobina para o capacitor e vice-versa, e apenas o consumo de energia necessário para vencer a resistência ativa do o circuito cai sobre a parte da fonte de corrente. Portanto, a troca de energia ocorre entre o capacitor e a bobina quase sem a participação do gerador.

Basta quebrar uma ressonância de tensão por valor, como a energia do campo magnético da bobina fica desigual com a energia do campo elétrico do capacitor, e no processo de troca de energia entre esses campos, um excesso de energia vai aparecerá, que fluirá periodicamente da fonte no circuito e, em seguida, alimentará de volta a ela no circuito.

Esse fenômeno é muito semelhante ao que acontece em um relógio. O pêndulo de um relógio seria capaz de oscilar continuamente sem o auxílio de uma mola (ou um peso em um andador de relógio) se não fosse pelas forças de atrito que retardam seu movimento.

A mola, ao transmitir parte de sua energia ao pêndulo no momento certo, ajuda-o a vencer as forças de atrito, conseguindo assim a continuidade da oscilação.

Da mesma forma, em um circuito elétrico, quando nele ocorre ressonância, a fonte de corrente gasta sua energia apenas para vencer a resistência ativa do circuito, auxiliando assim o processo oscilatório nele.

Assim, chegamos à conclusão de que um circuito de corrente alternada, consistindo de um gerador e um indutor e capacitor conectados em série, sob certas condições XL = XС torna-se um sistema oscilante... Este circuito foi denominado circuito oscilante.

A partir da equação XL = XС é possível determinar os valores da frequência do gerador em que ocorre o fenômeno da ressonância de tensão:

Significando capacitância e indutância do circuito onde ocorre a ressonância de tensão:

Assim, alterando qualquer uma dessas três grandezas (eres, L e C), é possível causar ressonância de tensão no circuito, ou seja, transformar o circuito em um circuito oscilante.

Um exemplo de aplicação útil de ressonância de tensão: O circuito de entrada de um receptor é ajustado por um capacitor variável (ou variômetro) de forma que ocorra ressonância de tensão nele. Isso atinge um grande aumento na tensão da bobina necessária para a operação normal do receptor em comparação com a tensão do circuito criada pela antena.

Juntamente com o uso útil do fenômeno da ressonância de tensão na engenharia elétrica, muitas vezes há casos em que a ressonância de tensão é prejudicial. Um grande aumento na tensão em seções individuais do circuito (na bobina ou no capacitor) em comparação com a tensão do gerador pode levar a danos de peças separadas e dispositivos de medição.