2. Резонанс напруг
Резонанс в ланцюзі з послідовним з'єднанням джерела енергії і реактивних елементів L і C отримав назву резонансу напруг. Найпростіша схема такого ланцюга показана на рис. 59.
Комплексне вхідний опір схеми :.
Умова резонансу напруг: Xе = XL-XC = 0 або wL - = 0. звідки w0 = - резонансна або власна частота.
З отриманої рівності випливає, що резонансного режиму в ланцюзі можна досягти зміною параметрів елементів L і C або частоти джерела w.
У резонансному режимі повний опір схеми має мінімальне значення і дорівнює активного опору:
= R,
а струм максимальний і збігається за фазою з напругою джерела: I = E / R; ф = 0.
Векторна діаграма напруг і струму показана на рис. 60.
Напруги на реактивних елементах рівні по модулю, протилежні по фазі і взаємно компенсують один одного:
; ,
а напруга на резисторі дорівнює напрузі джерела: U R = I R = U = E.
Напруги на реактивних елементах
можуть значно перевершувати напруга джерела U = Е за умови, що XL = XC >> R.
З'ясуємо енергетичні процеси, що протікають в ланцюзі в резонансному режимі. Нехай в ланцюзі протікає струм i = Im sinwt. тоді напруга на конденсаторі становитиме:
.
Сума енергій магнітного і електричного полів дорівнює:
Таким чином, сума енергій магнітного і електричного полів дорівнює постійному значенню. Це означає, що між магнітним і електричним полями відбувається безперервний обмін енергією, сумарне значення якої постійно, а обмін енергією між джерелом і ланцюгом відсутня, при цьому надходить від джерела енергія перетворюється в інші види ..
Електричне коло з послідовним з'єднанням елементів R, L, C в техніці отримала назву послідовного коливального контуру. Властивості такого ланцюга як коливального контуру характеризують такі параметри: - резонансна частота, r = - хвильовий опір, - добротність контуру.
Чим більше добротність контуру Q. тим виразніше проявляються в ньому резонансні явища, наприклад, напруги на реактивних елементах більше напруги джерела в Q раз: UL = UC = UQ.
При зміні частоти джерела w = var будуть змінюватися опору реактивних елементів і, як наслідок, будуть змінюватися струм в ланцюзі і напруги на окремих ділянках.
Частотними характеристиками контуру називаються залежності опорів окремих елементів і ділянок від частоти XL = wL, XC =. X = XL-XC, Z = (рис. 61).
Резонансними характеристиками називаються залежності режимних параметрів від частоти: UL, UC, I, ф = f (w) (рис. 62).
Смугою пропускання резонансного контуру називають область частот Dw = w 1-w 2, на кордонах якої струм I в раз менше свого максимального значення, тобто I = 0,707Imax. Смуга пропускання контуру обернено пропорційна його добротності: Dw =. На рис. 63 в відносних одиницях представлено сімейство резонансних характеристик з різними значеннями добротності.
Практичне застосування резонанс напруг знаходить в області радіотехніки і техніки зв'язку. В електроенергетиці явище резонансу напруг через супутні йому перенапруг може привести до небажаних наслідків. Наприклад, при підключенні до генератора або трансформатора кабельної лінії, що не замкнутої на приймальному кінці на навантаження (в режимі холостого ходу), вся ланцюг може виявитися в резонансом режимі, при цьому напруги на окремих ділянках ланцюга можуть з'явитися висока напруга.
Інформація надана для ознайомлення і не є офіційним джерелом.