Что такое резонанс токов

Видео: Резонансы токов и напряжений

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.

Видео: Лекция 166. Резонанс токов

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.

Видео: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА РЕЗОНАНС ТОКОВ

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.

Видео: Последовательный LC Резонанс Напряжений

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.