Лабораторная работа: Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления индуктивности

r _K – активное сопротивление катушки, обусловленное активным сопротивлением провода катушки и потерями в стали ферромагнитного сердечника;

x – реактивное сопротивление;

x _LK – индуктивное сопротивление катушки;

x _C – емкостное сопротивление конденсатора;

φ _K – угол сдвига фаз между напряжением на катушке и током в ней;

φ – угол сдвига фаз между напряжением источника и током цепи;

ƒ – частота тока источника;

L _K – индуктивность катушки;

С – емкость конденсатора.

Ток отстает по фазе от напряжения при x _LK > x _C и опережает по фазе напряжение при x _LK < x _C .

При равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений в цепи возникает резонанс напряжений, который характеризуется следующим:

1. Реактивное сопротивление цепи x = 0. Полное ее сопротивление z = r_K , т.е. имеет минимальную величину.

2. Ток совпадает по фазе с напряжением источника, так как при x = 0

3. Ток имеет максимальную величину, так как сопротивление цепи является минимальным

4. Падение напряжения на активном сопротивлении катушки равно приложенному напряжению, так как при z = r_K

5. Напряжения на индуктивности и емкости равны, так как

При относительно малом по величине активном сопротивлении катушки () напряжения на индуктивности и на емкости будут превышать напряжение на активном сопротивлении, а следовательно, и напряжение источника. Действительно, при и

,

где , т.е. и аналогично .

Таким образом, напряжения на индуктивной катушке и конденсаторе при резонансе напряжений могут значительно превысить напряжение источника, что опасно для изоляции катушки и конденсатора.

6. Энергетический процесс при резонансе напряжений можно рассматривать как наложение двух процессов: необратимого процесса преобразования потребляемой от источника энергии в тепло, выделяемое в активном сопротивлении цепи, и обратимого процесса, представляющего собой колебания энергии внутри цепи: между магнитным полем катушки и электрическим полем конденсатора. Первый процесс характеризуется величиной активной мощности , а второй – величиной реактивной мощности

.

Колебаний энергии между источником питания и участком цепи, включающим катушку и конденсатор, не происходит и поэтому реактивная мощность всей цепи

.

Из условий возникновения резонанса или следует, что практически резонанс напряжений можно получить изменением: