Так как в цепях переменного тока существуют две разновидности реактивных элементов L и С, у которых различны формулы связи напряжения и тока: , то при работе в цепи таких элементов возможно появление резонансных явлений.
Первый вид резонанса – это резонанс напряжений.
Решим задачу:
Дано: u = Um sin wt, L, C, r соединены последовательно (см. рис. 2.14).
Найти: комплекс тока ; составляющие мощностей: P, Q, S ?
Решение
Мгновенное напряжение переведем в комплексный вид:
.
Параметры нагрузок переведем в комплексный вид:
.
По закону Ома найдем ток:
.
По найденному току определим составляющие мощностей:
.
Суммарная реактивная мощность:
.
Полная или кажущаяся мощность:
.
Мощность в комплексной форме записи:
.
Если XL – XC = 0 , то цепь находится в режиме резонанса.
Условиями возникновения резонанса для цепи, содержащей последовательно соединенные LC – элементы является:
,
что соответствует выражению:
.
Если L и C элементы заданы, то можно найти резонансную частоту:
,
которая вводит цепь в резонанс, если же заданы C – элементы, то индуктивность, вводящая цепь в резонанс, равна:
.
Резонансные цепи с последовательно соединенными элементами находятся в состоянии резонанса тогда, когда длины векторов напряжений на индуктивности и емкости равны:
.
Если угол сдвига между током и напряжением равна нулю (j = 0), то говорят, что цепь находится в режиме резонанса, то есть реактивная мощность равна:
Q =0 и QL = QC.
Внешний источник при резонансе будет работать, потребляя только активную мощность, не замечая наличия QL и QC. Такой режим называют более эффективным с точки зрения силовой электротехники.
Параметры резонансных цепей:
индуктивное сопротивление:
.
Его называют волновым сопротивлением индуктивности;
емкостное сопротивление при резонансе:
;
волновое сопротивление:
дает основание для определения добротности контура: (добротность – безразмерная величина). Обратную величину добротности называют затуханием: .
Решим следующую задачу. Пусть те же элементы соединены параллельно (рис. 2.21)
Ток источника равен:
.
Комплексная проводимость имеет вид:
,
где
y – комплексная проводимость; q – активная проводимость; b – мнимая или реактивная проводимость.
Если bC – bL = 0 , то цепь находится в режиме резонанса токов, то есть модули токов индуктивности и емкости равны: IL = IC .
Условием резонанса будет следующее соотношение: .