Nei circuiti CA contenenti resistori, induttori e condensatori, la tensione e la corrente su entrambe le estremità del circuito sono generalmente fasi diverse. Se i parametri del circuito o la frequenza di alimentazione vengono regolati per rendere la corrente in fase con la tensione di alimentazione, il circuito diventa resistivo e lo stato di funzionamento del circuito viene chiamato risonanza.
Il fenomeno della risonanza è un fenomeno specifico nei circuiti CA sinusoidali. È ampiamente utilizzato nell'ingegneria elettronica e delle comunicazioni. Ma nel sistema energetico, la risonanza può interrompere il normale funzionamento del sistema.
La risonanza è generalmente divisa inrisonanza in serie (nota anche come risonanza a frequenza variabile)e risonanza parallela. Come suggerisce il nome, la risonanza in serie si riferisce alla risonanza che si verifica in un circuito in serie, mentre la risonanza parallela si riferisce alla risonanza che si verifica in un circuito parallelo.
In un circuito in serie composto da resistori, induttori e condensatori. Quando la reattanza capacitiva XC è uguale alla reattanza induttiva XL, cioè XC=XL. La fase della tensione U e della corrente I in un circuito è la stessa e il circuito presenta un comportamento puramente resistivo, chiamato risonanza in serie. Quando si verifica una risonanza in serie nel circuito, l'impedenza totale è ridotta al minimo e la corrente raggiungerà il suo valore massimo.
Condizioni affinché si verifichi la risonanza in serie
Affinché si verifichi la risonanza in un circuito in serie, devono essere soddisfatte determinate condizioni.
Caratteristiche del circuito risonante in serie
Quando il valore dell'impedenza totale è minimo e la tensione di alimentazione è costante, la corrente è massima e il circuito è resistivo. La tensione sul condensatore o sull'induttore potrebbe essere superiore alla tensione di alimentazione.
Variazioni di energia in un circuito durante la risonanza in serie
Il Q assorbito dal circuito nell'alimentatore è 0. Durante la risonanza avviene uno scambio di energia tra il campo elettrico e quello magnetico all'interno del circuito e l'alimentatore fornisce energia solo a R.
L'alta tensione può danneggiare le apparecchiature e la risonanza in serie dovrebbe essere evitata nei sistemi di alimentazione, che è ampiamente utilizzata nell'ingegneria radio.
Applicazione del circuito risonante in serie
Utilizzo della risonanza in serie per generare tensione a frequenza industriale elevata, applicata nella tecnologia dell'alta tensione, per condurre prove di resistenza alla tensione su apparecchiature di potenza come i trasformatori. Il metodo più efficace e diretto per testare la resistenza dell'isolamento delle apparecchiature elettriche consiste nel rilevare efficacemente i difetti concentrati pericolosi nell'apparecchiatura.
Nelle radio, i circuiti risonanti in serie vengono spesso utilizzati per selezionare i segnali radio, un processo chiamato sintonizzazione. Lo schema seguente mostra il suo circuito tipico.
Quando varie onde radio di frequenze diverse generano segnali elettrici di frequenze diverse sull'antenna, vengono indotte attraverso la bobina 1L alla bobina 2L. Se il circuito di oscillazione risuona con una certa frequenza del segnale, la corrente del segnale nel circuito è la più alta e su entrambe le estremità del condensatore viene generata una tensione CU superiore a Q volte la tensione di questo segnale. Per altri segnali di varie frequenze, poiché non si verifica risonanza, la corrente nel circuito è molto piccola e viene soppressa dal circuito. Pertanto, il condensatore C può essere modificato per modificare la frequenza di risonanza del circuito per selezionare il segnale radio desiderato.