Резонанс напряжений и резонанс токов

Явление резонанса. Электрическая цепь, содержащая индуктивность и емкость, может служить колебательным контуром, где возникает процесс колебаний электрической энергии, переходящей из индуктивности в емкость и обратно. В идеальном колебательном контуре эти колебания будут незатухающими. При подсоединении колебательного контура к источнику переменного тока угловая частота источника со может оказаться равной угловой частоте con, с которой происходят колебания электрической энергии в контуре. В этом случае имеет место явление резонанса, т. е. совпадения частоты свободных колебаний со0, возникающих в какой-либо физической системе, с частотой вынужденных колебаний со, сообщаемых этой системе внешними силами.

Резонанс в электрической цепи можно получить тремя способами: изменяя угловую частоту со источника переменного тока, индуктивность L или емкость С. Различают резонанс при последовательном соединении L и С — резонанс напряжений и при параллельном их соединении — резонанс токов. Угловая частота, при которой наступает резонанс, называется резонансной, или собственной частотой колебаний резонансного контура.

Резонанс напряжений. При резонансе напряжений индуктивное Сопротивление X_L равно емкостному Хс и полное сопротивление Z становится равным активному сопротивлению R:

В этом случае напряжения на индуктивности U_L и емкости Uc равны и находятся в противофазе, поэтому при сложении они компенсируют друг друга. Если активное сопротивление цепи R невелико, ток в цепи резко возрастает, так как реактивное сопротивление цепи X = X_L—Хс становится равным нулю. При этом ток I=U/R.

Резонанс токов. Резонанс токов может возникнуть при параллельном соединении индуктивности и емкости. В идеальном случае, когда в параллельных ветвях отсутствует активное сопротивление, условием резонанса токов является равенство реактивных сопротивлений ветвей, содержащих индуктивность и емкость. Значения токов в ветвях I₁ и I₂ будут равны, но токи будут сдвинуты по фазе на 180°. Следовательно, такой резонансный контур представляет собой для тока I бесконечно большое сопротивление и электрическая энергия в контур от источника не поступает. В то же время внутри контура протекают токи I_L и I с, т. е. имеет место процесс непрерывного обмена энергией внутри контура. Эта энергия переходит из индуктивности в емкость и обратно.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое трехфазный переменный ток?

2. Чем отличается генератор трехфазного тока от генератора однофазного тока?

3. Как соединяются обмотки трехфазного генератора и потребители по схеме «звезда»?

4. Что называется линейным и фазовым напряжением?

5. Как соединяются обмотки трехфазного генератора и потребители по схеме «треугольник»?

6. Что такое переменный ток?

7. Какими параметрами характеризуется переменный ток и как они определяются?

8. На какие группы делятся сопротивления в цепи переменного тока?

9. Как изменяется ток и напряжение в цепи переменного тока с активным сопротивлением?

10. Что такое индуктивное сопротивление и как оно определяется?

11. Что представляет собой емкостное сопротивление?

12. Как определяется мощность и коэффициент мощности?