Résonance de tension
Si le circuit AC est connecté en série inducteur et condensateur, ils affectent alors à leur manière le générateur alimentant le circuit et les liaisons de phases entre courant et tension.
Une inductance introduit un déphasage où le courant est en retard sur la tension d'un quart de période, tandis qu'un condensateur, au contraire, fait que la tension dans le circuit est en retard sur le courant d'un quart de période. Ainsi, l'effet de la résistance inductive sur le déphasage entre le courant et la tension dans un circuit est opposé à l'effet de la résistance capacitive.
Cela conduit au fait que le déphasage total entre le courant et la tension dans le circuit dépend du rapport des valeurs de résistance inductive et capacitive.
Si la valeur de la résistance capacitive du circuit est supérieure à celle inductive, le circuit est de nature capacitive, c'est-à-dire que la tension est en retard sur le courant en phase. Si, au contraire, la résistance inductive du circuit est supérieure à la résistance capacitive, alors la tension est en avance sur le courant et donc le circuit est inductif.
La réactance totale Xtot du circuit considéré est déterminée en additionnant la résistance inductive de la bobine XL et la résistance capacitive du condensateur XC.
Mais puisque l'action de ces résistances dans le circuit est opposée, alors l'une d'entre elles, à savoir Xc, se voit attribuer un signe moins, et la réactance totale est déterminée par la formule :
Appliquer à ce circuit Loi d'Ohm, on a:
Cette formule peut être transformée comme suit :
Dans l'équation résultante, AzxL - la valeur efficace de la composante de la tension totale du circuit, qui va surmonter la résistance inductive du circuit, et AzNSC - la valeur efficace de la composante de la tension totale du circuit, qui va surmonter la résistance capacitive.
Ainsi, la tension totale d'un circuit constitué d'une connexion en série d'une bobine et d'un condensateur peut être considérée comme constituée de deux termes dont les valeurs dépendent des valeurs des résistances inductive et capacitive du circuit.
Nous pensions qu'un tel circuit n'avait pas de résistance active. Cependant, dans les cas où la résistance active du circuit n'est plus suffisamment faible pour être négligeable, la résistance totale du circuit est déterminée par la formule suivante :
où R est la résistance active totale du circuit, XL -NSC — sa réactance totale. Passant à la formule de la loi d'Ohm, nous avons le droit d'écrire :
Résonance de tension alternative
Les résistances inductives et capacitives connectées en série provoquent moins de déphasage entre le courant et la tension dans un circuit alternatif que si elles étaient incluses séparément dans le circuit.
En d'autres termes, à partir de l'action simultanée de ces deux réactions de nature différente dans le circuit, il se produit une compensation (destruction mutuelle) du déphasage.
Indemnisation complète, c'est-à-dire l'élimination complète du déphasage entre courant et tension dans un tel circuit se produira lorsque la résistance inductive est égale à la résistance capacitive du circuit, c'est-à-dire lorsque XL = XC ou, ce qui revient au même, lorsque ωL = 1 / ωC.
Dans ce cas, le circuit se comportera comme une résistance purement active, c'est-à-dire comme s'il n'avait ni bobine ni condensateur. La valeur de cette résistance est déterminée par la somme des résistances actives de la bobine et des fils de liaison. Auquel courant efficace dans le circuit sera le plus grand et est déterminé par la formule de la loi d'Ohm I = U / Roù Z est maintenant remplacé par R.
Dans le même temps, les tensions agissant sur la bobine UL = AzxL et sur le condensateur Uc = AzNSCC seront égales et seront aussi grandes que possible. Avec une faible résistance active du circuit, ces tensions peuvent dépasser plusieurs fois la tension totale U des bornes du circuit. Ce phénomène intéressant est appelé résonance de tension en génie électrique.
En figue. La figure 1 montre les courbes des tensions, courants et puissances aux tensions de résonance dans le circuit.
Graphique du courant de tension et de la puissance à la résonance de tension
Il faut garder à l'esprit que les résistances XL et C sont des variables qui dépendent de la fréquence du courant et cela vaut au moins légèrement changer sa fréquence, par exemple, l'augmenter car XL = ωL augmentera, et XSC = = 1 / ωC va diminuer et ainsi la résonance de tension dans le circuit sera immédiatement perturbée, tandis qu'avec la résistance active, la réactance va apparaître dans le circuit. La même chose se produira si vous modifiez la valeur de l'inductance ou de la capacité du circuit.
Avec la résonance de tension, la puissance de la source de courant ne sera dépensée que pour surmonter la résistance active du circuit, c'est-à-dire pour chauffer les fils.
En fait, dans un circuit avec une seule bobine inductive, des fluctuations d'énergie se produisent, c'est-à-dire transfert périodique d'énergie du générateur au champ magnétique bobines. Dans un circuit avec un condensateur, la même chose se produit, mais à cause de l'énergie du champ électrique du condensateur. Dans un circuit avec un condensateur et une inductance à résonance de tension (ХL = XС) l'énergie, une fois stockée par le circuit, passe périodiquement de la bobine au condensateur et vice versa, et seule la consommation d'énergie nécessaire pour surmonter la résistance active de le circuit tombe sur la part de la source de courant. Par conséquent, l'échange d'énergie a lieu entre le condensateur et la bobine presque sans la participation du générateur.
Il suffit de briser une résonance de tension par valeur, comment l'énergie du champ magnétique de la bobine devient inégale à l'énergie du champ électrique du condensateur, et dans le processus d'échange d'énergie entre ces champs, un excès d'énergie sera apparaîtra, qui sortira périodiquement de la source dans le circuit, puis la réinjectera dans le circuit.
Ce phénomène est très similaire à ce qui se passe dans un mouvement d'horlogerie. Le pendule d'une horloge serait capable d'osciller continuellement sans l'aide d'un ressort (ou d'un poids dans un marcheur d'horloge) s'il n'y avait pas les forces de frottement qui ralentissent son mouvement.
Le ressort, en transmettant une partie de son énergie au pendule au bon moment, l'aide à vaincre les forces de frottement, assurant ainsi la continuité de l'oscillation.
De même, dans un circuit électrique, lorsqu'une résonance se produit dans celui-ci, la source de courant ne dépense son énergie que pour surmonter la résistance active du circuit, aidant ainsi le processus oscillatoire dans celui-ci.
Ainsi, nous arrivons à la conclusion qu'un circuit de courant alternatif, composé d'un générateur et d'une inductance et d'un condensateur connectés en série, sous certaines conditions XL = XС devient un système oscillant... Ce circuit a été nommé circuit oscillant.
A partir de l'équation XL = XС, il est possible de déterminer les valeurs de la fréquence du générateur à laquelle se produit le phénomène de résonance de tension:
Signification de la capacité et de l'inductance du circuit où se produit la résonance de tension :
Ainsi, en modifiant l'une de ces trois quantités (eres, L et C), il est possible de provoquer une résonance de tension dans le circuit, c'est-à-dire de transformer le circuit en un circuit oscillant.
Un exemple d'application utile de la résonance de tension : Le circuit d'entrée d'un récepteur est ajusté par un condensateur variable (ou variomètre) de telle sorte qu'une résonance de tension se produise dans celui-ci. Cela permet d'obtenir une forte augmentation de la tension de bobine requise pour le fonctionnement normal du récepteur par rapport à la tension de circuit créée par l'antenne.
Parallèlement à l'utilisation utile du phénomène de résonance de tension en génie électrique, il existe souvent des cas où la résonance de tension est nocive.Une forte augmentation de la tension dans des sections individuelles du circuit (sur la bobine ou sur le condensateur) par rapport à la tension du générateur peut endommager des pièces séparées et des appareils de mesure.