Февраль 23rd, 2024 
raven000 При изучении основ электротехники на одном из этапов непременно рассматривается резонанс токов и напряжений. Данные явления присущи цепям переменного тока и могут являться как нежелательными, требующими их учета при моделировании силовых и коммутационных схем, так и полезными.
Например, резонанс в цепи переменного тока очень часто используется в радиотехнике: настроенный колебательный контур, основанный на резонансе напряжений, позволяет в несколько раз усиливать маломощный радиосигнал, так как за счет преобразований «емкость-индуктивность» происходит рост действующего значения напряжения.
Упомянутый колебательный контур – это основа для понимания того, как происходит резонанс токов и (или) напряжений. Он представляет собой замкнутый электрический контур, состоящий из включенного параллельно конденсатора (емкость C) и катушки (индуктивность L). В них благодаря процессу «перекачки» энергии из электрического поля емкости в магнитное поле индуктивности существуют самозатухающие (за счет присутствия активной составляющей R) колебания определенной частоты.
При резонансном режиме работы электрической цепи сопротивление прохождению тока представлено только активной составляющей R. Различают резонанс токов и резонанс напряжений. Рассмотрим их особенности.
Резонанс токов возникает в цепи с параллельно включенным конденсатором и катушкой, номиналы которых подобраны таким образом, что текущий по С и L ток равен. В результате значение тока в контуре «C-L» выше, чем в общей цепи.
Принцип работы следующий: при подаче питания происходит накопление заряда конденсатором (до номинального напряжения источника). После этого достаточно отключить источник и замкнуть цепь в контур, чтобы начался процесс разряда на катушку. Ток, проходящий по ней, генерирует магнитное поле и создает ЭДС самоиндукции, направленное встречно току. Максимальное его значение будет достигнуто в момент полного разряда конденсатора. Соответственно, это означает, что вся накопленная емкостью энергия преобразовалась в магнитное поле индуктивности. Однако благодаря самоиндукции катушки движение заряженных частиц не прекращается.
Так как противотока от конденсатора больше нет (он разряжен), начинает происходить его повторная зарядка, но уже с другой полярностью. В итоге все поле катушки преобразуется в заряд конденсатора и процесс повторяется. Из-за наличия внутренней активной составляющей R постепенно происходит угасание колебаний. Таким образом, осуществляется резонанс токов.
Резонанс напряжений имеет место при последовательном соединении резистора R, катушки L и конденсатора C. Важной особенностью является тот факт, что напряжение источника питания оказывается ниже, чем на конденсаторе и катушке (на каждом элементе в отдельности), однако, равенство токов сохраняется. Причем напряжение и ток совпадают по фазе. Главное условие для возникновения и поддержания этого процесса – равенство индуктивного и емкостного сопротивлений. Исходя из этого, полное сопротивление получается равным активному.
Для определения действующих значений напряжений на катушке и конденсаторе применяют закон Ома. В случае катушки он равен произведению тока на индуктивное сопротивление (U1=IX1). Соответственно, для конденсатора необходимо ток умножить на емкостное сопротивление (U2=IX2). Так как при последовательном соединении элементов ток равен, а для резонанса X1=X2 напряжения на индуктивности и емкости равны. Отсюда, увеличив реактивные составляющие, можно добиться существенного повышения напряжений U1 и U2 при сохранении неизменного значения ЭДС самого источника питания. Основная область применения – радиотехника.
Опубликовано в рубрике 
