Application de la résonance de tension et de la résonance de courant
Dans un circuit oscillant d'inductance L, de capacité C et de résistance R, les oscillations électriques libres ont tendance à s'amortir. Pour éviter que les oscillations ne s'amortissent, il est nécessaire de reconstituer périodiquement le circuit en énergie, puis des oscillations forcées se produiront, qui ne s'affaibliront pas, car la variable externe EMF supportera déjà les oscillations dans le circuit.
Si les oscillations sont supportées par une source d'EMF harmonique externe, dont la fréquence f est très proche de la fréquence de résonance du circuit oscillant F, alors l'amplitude des oscillations électriques U dans le circuit augmentera fortement, c'est-à-dire phénomène de résonance électrique.
Capacité du circuit CA
Considérons d'abord le comportement du condensateur C dans le circuit alternatif.Si un condensateur C est connecté au générateur, dont la tension U aux bornes change selon la loi harmonique, alors la charge sur les plaques du condensateur commencera à changer selon la loi harmonique, similaire au courant I dans le circuit . Plus la capacité du condensateur est élevée et plus la fréquence f de la force électromotrice harmonique qui lui est appliquée est élevée, plus le courant I est élevé.
Ce fait est lié à l'idée de la soi-disant Capacité du condensateur XC, qu'il introduit dans le circuit de courant alternatif, limitant le courant, similaire à la résistance active R, mais par rapport à la résistance active, le condensateur ne dissipe pas d'énergie sous forme de chaleur.
Si la résistance active dissipe l'énergie et limite ainsi le courant, alors le condensateur limite le courant simplement parce qu'il n'a pas le temps de stocker plus de charge que le générateur ne peut en donner en un quart de période, de plus, dans le quart de période suivant, le condensateur restitue l'énergie accumulée dans le champ électrique de son diélectrique, vers le générateur, c'est-à-dire que bien que le courant soit limité, l'énergie n'est pas dissipée (on négligera les pertes dans les fils et dans le diélectrique).
Inductance CA
Considérons maintenant le comportement d'une inductance L dans un circuit alternatif.Si, au lieu d'un condensateur, une bobine d'inductance L est connectée au générateur, alors lorsqu'une FEM sinusoïdale (harmonique) est fournie du générateur aux bornes de la bobine, elle commencera à apparaître une FEM d'auto-induction, car lorsque le courant traversant l'inductance change, le champ magnétique croissant de la bobine a tendance à empêcher le courant d'augmenter (loi de Lenz), c'est-à-dire que la bobine semble introduire une résistance inductive XL dans le circuit alternatif - en plus du fil résistance R .
Plus l'inductance d'une bobine donnée est élevée et plus la fréquence F du courant du générateur est élevée, plus la résistance inductive XL est élevée et plus le courant I est petit car le courant n'a tout simplement pas le temps de s'établir car la FEM de l'auto-inductance de la bobine l'interfère. Et tous les quarts de la période, l'énergie stockée dans le champ magnétique de la bobine est renvoyée au générateur (nous négligerons pour l'instant les pertes dans les fils).
Impédance, en tenant compte de R
Dans tout circuit oscillant réel, l'inductance L, la capacité C et la résistance active R sont connectées en série.
L'inductance et la capacité agissent sur le courant de manière opposée à chaque quart de la période de la FEM harmonique de la source : sur les armatures du condensateur la tension augmente pendant la charge, bien que le courant diminue, et que le courant augmente à travers l'inductance, le courant, bien qu'il éprouve une résistance inductive, mais augmente et se maintient.
Et pendant la décharge: le courant de décharge du condensateur est initialement important, la tension sur ses plaques a tendance à établir un courant important, et l'inductance empêche le courant d'augmenter, et plus l'inductance est grande, plus le courant de décharge sera faible. Dans ce cas, la résistance active R introduit des pertes purement actives, c'est-à-dire que l'impédance Z de L, C et R connectés en série, à la fréquence source f, sera égale à :
Loi d'Ohm pour le courant alternatif
D'après la loi d'Ohm pour le courant alternatif, il est évident que l'amplitude des oscillations forcées est proportionnelle à l'amplitude de la FEM et dépend de la fréquence. La résistance totale du circuit sera la plus petite et l'amplitude du courant sera la plus grande, à condition que la résistance inductive et la capacité à une fréquence donnée soient égales, auquel cas une résonance se produira. Une formule pour la fréquence de résonance du circuit oscillant est également dérivée d'ici :
Résonance de tension
Lorsque la source EMF, la capacité, l'inductance et la résistance sont connectées en série les unes avec les autres, la résonance dans un tel circuit est appelée résonance série ou résonance de tension. Une caractéristique de la résonance de tension est les tensions importantes sur la capacité et sur l'inductance par rapport à la FEM de la source.
La raison de l'apparition d'une telle image est évidente. Sur la résistance active, selon la loi d'Ohm, il y aura une tension Ur, sur la capacité Uc, sur l'inductance Ul, et après avoir fait le rapport de Uc sur Ur, on pourra trouver la valeur du facteur de qualité Q.La tension aux bornes de la capacité sera Q fois la source EMF, la même tension sera appliquée à l'inductance.
C'est-à-dire que la résonance de tension entraîne une augmentation de la tension sur les éléments réactifs d'un facteur Q, et le courant de résonance sera limité par la FEM de la source, sa résistance interne et la résistance active du circuit R. Ainsi , la résistance du circuit série à la fréquence de résonance est minimale.
Appliquer la résonance de tension
Le phénomène de résonance de tension est utilisé dans filtres électriques de divers types, par exemple, s'il est nécessaire de supprimer une composante de courant d'une certaine fréquence du signal transmis, un circuit d'un condensateur et d'une inductance connectés en série est placé en parallèle avec le récepteur, de sorte que le courant de fréquence de résonance de ce Le circuit LC serait fermé à travers lui et ils n'atteindraient pas le récepteur.
Ensuite, les courants d'une fréquence éloignée de la fréquence de résonance du circuit LC passeront sans entrave dans la charge, et seuls les courants proches de la fréquence de résonance trouveront le chemin le plus court à travers le circuit LC.
Ou vice versa. S'il est nécessaire de ne faire passer qu'un courant d'une certaine fréquence, le circuit LC est connecté en série avec le récepteur, puis les composants du signal à la fréquence de résonance du circuit passeront à la charge presque sans perte, et les fréquences loin de là la résonance sera considérablement affaiblie et on peut dire qu'ils n'atteindront pas du tout la charge. Ce principe est applicable aux récepteurs radio où un circuit oscillant accordable est accordé pour recevoir une fréquence strictement définie de la station radio souhaitée.
En général, la résonance de tension dans l'électrotechnique est un phénomène indésirable car elle provoque des surtensions et des dommages matériels.
Un exemple simple est une longue ligne de câble qui, pour une raison quelconque, s'est avérée ne pas être connectée à la charge, mais qui est en même temps alimentée par un transformateur intermédiaire. Une telle ligne à capacité et inductance réparties, si sa fréquence de résonance coïncide avec la fréquence du réseau d'alimentation, sera simplement coupée et tombera en panne. Pour éviter que le câble ne soit endommagé par une tension de résonance accidentelle, une charge supplémentaire est appliquée.
Mais parfois, la résonance de tension joue entre nos mains, pas seulement les radios. Par exemple, il arrive que dans les zones rurales, la tension du réseau ait chuté de manière imprévisible et que la machine ait besoin d'une tension d'au moins 220 volts. Dans ce cas, le phénomène de résonance de tension sauve.
Il suffit d'inclure plusieurs condensateurs par phase en série avec la machine (si le variateur est un moteur asynchrone), et ainsi la tension sur les enroulements du stator augmentera.
Ici, il est important de choisir le bon nombre de condensateurs afin qu'ils compensent exactement la chute de tension dans le réseau avec leur résistance capacitive ainsi que la résistance inductive des enroulements, c'est-à-dire qu'en approchant légèrement le circuit de la résonance, vous pouvez augmenter la chute de tension même sous charge.
Résonance des courants
Lorsque la source EMF, la capacité, l'inductance et la résistance sont connectées en parallèle les unes avec les autres, la résonance dans un tel circuit est appelée résonance parallèle ou résonance de courant.Une caractéristique de la résonance de courant est les courants significatifs à travers la capacité et l'inductance par rapport au courant de source.
La raison de l'apparition d'une telle image est évidente. Le courant à travers la résistance active selon la loi d'Ohm sera égal à U / R, à travers la capacité U / XC, à travers l'inductance U / XL et en composant le rapport de IL à I, vous pouvez trouver la valeur du facteur de qualité Q. Le courant à travers l'inductance sera Q fois le courant de la source, le même courant circulera toutes les demi-périodes dans et hors du condensateur.
C'est-à-dire que la résonance des courants entraîne une augmentation du courant à travers les éléments réactifs d'un facteur Q, et la force électromotrice résonnante sera limitée par la force électromotrice de la source, sa résistance interne et la résistance active du circuit R Ainsi, à la fréquence de résonance, la résistance du circuit oscillant parallèle est maximale.
Application des courants de résonance
Comme la résonance de tension, la résonance de courant est utilisée dans divers filtres. Mais connecté au circuit, le circuit parallèle agit de manière inverse que dans le cas de la série un : installé en parallèle avec la charge, le circuit oscillant parallèle va laisser passer le courant de la fréquence de résonance du circuit dans la charge , car la résistance du circuit lui-même à sa propre fréquence de résonance est maximale.
Installé en série avec la charge, le circuit oscillant parallèle ne transmettra pas le signal de fréquence de résonance, car toute la tension tombera sur le circuit, et la charge aura une petite partie du signal de fréquence de résonance.
Ainsi, la principale application de la résonance de courant dans l'ingénierie radio est la création d'une grande résistance pour un courant d'une certaine fréquence dans les générateurs de tubes et les amplificateurs haute fréquence.
En génie électrique, la résonance de courant est utilisée pour obtenir un facteur de puissance élevé de charges avec des composants inductifs et capacitifs importants.
Par exemple, unités de compensation de puissance réactive (KRM) sont des condensateurs connectés en parallèle avec les enroulements de moteurs asynchrones et de transformateurs fonctionnant sous une charge inférieure à la valeur nominale.
De telles solutions sont utilisées précisément pour obtenir la résonance des courants (résonance parallèle), lorsque la résistance inductive de l'équipement est égale à la capacité des condensateurs connectés à la fréquence du réseau, de sorte que l'énergie réactive circule entre les condensateurs et équipement, et non entre l'équipement et le réseau ; Ainsi, le réseau n'émet de la puissance que lorsque l'équipement est chargé et consomme de la puissance active.
Lorsque l'équipement ne fonctionne pas, le réseau s'avère être connecté en parallèle avec le circuit résonant (condensateurs externes et l'inductance de l'équipement), ce qui représente une impédance complexe très importante pour le réseau et permet de réduire facteur de puissance.