ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

70

4.3. Резонанс в разветвленных цепях

В разветвленных цепях может иметь место как резонанс напря- жений, так и резонанс токов

Общее условие резонанса

Из последнего выражения можно определить резонансную частоту ω0 или любой из параметров цепи L10, L20 ,C0, при которых наступает резонанс.

71

Векторные диаграммы для произвольного и резонансного режи- мов работы приведены на рис. 4.13.

Рис. 4.13

В кружочках указана последовательность построения векторов.

4.4. Резонанс в цепях без потерь (чисто реактивные цепи)

Входное сопротивление при резонансе напряжений равно нулю, а при резонансе токов стремится к бесконечности. Учитывая, что входное сопротивление носит чисто мнимый характер, а также и тео- рему о реактивном двухполюснике, которая устанавливает, что

dX dω > 0 , можно сделать следующие заключения:

а) резонансы напряжений и резонансы токов чередуются; б) если в цепи имеется путь для постоянного тока, то первым

наступит резонанс токов;

в) общее число резонансов равно N = m - 1- p - y, где m – число реактивных элементов; р – число параллельно или последовательно соединенных однотипных элементов; у – число узлов, все ветви кото- рых имеют однотипные элементы.

Пример. Построить частотную характеристику для цепи, изо- браженной на рис. 4.14.

72

Следовательно, в цепи имеется путь для постоянного тока и первым наступит резонанс токов.

Частотная характеристика приведена на рис. 4.15.

Для случая, когда частота ω=0, реактивное сопротивление двух- полюсника равно 0. При ω1 в цепи наблюдается резонанс токов, при ω2 – резонанс напряжений, при ω3 – резонанс токов, при ω4 – резонанс напряжений, при ω5 – резонанс токов, при ω6 – резонанс напряжений. При бесконечно большой частоте реактивное сопротивление двухпо- люсника за счет ветвей с индуктивностями будет монотонно увели- чиваться, стремясь к бесконечно большой величине.

73

Тогда индуктивность первой катушки и взаимная индуктивность между катушками может быть определена как

Для случая линейной среды справедливо М12 = М21. Взаимная индуктивность, так же как и индуктивность, измеряется в генри [Гн]. Величина взаимной индуктивности зависит от геометрии (размеров, конфигурации, взаимного расположения катушек) и от свойств среды (магнитной проницаемости среды и провода).

В том случае, когда ток проходит как в первом контуре, так и во втором контуре (ветви, обмотке, катушке), полное потокосцепление

представляется алгебраической суммой собственного и взаимного потокосцеплений:

Ψ1=Ψ11+Ψ12= L1i1 ± M12i2,

Ψ2=Ψ22+Ψ21= L2i2 ± M21i1.

В случае изменения тока в одном из индуктивно связанных эле- ментов в другом элементе возникает ЭДС взаимной индукции.

Знак перед напряжением, обусловленным явлением взаимной индукции, может быть определен только в случае маркировки одно- именных зажимов катушек и определяется по следующему правилу:

если положительное направление тока в первой катушке принято от звездочки, то положительное направление напряжения взаимной индукции, возникающее в другой катушке, должно быть принято тоже от звездочки. Тогда, в случае составления уравнения по вто- рому закону Кирхгофа, знак плюс присваивается напряжению взаим- ной индукции, если его направление совпадает с направлением обхода контура.

75

5.2.Расчет последовательного соединения двух магнитосвязанныхкатушек

В случае последовательного соединения двух магнитосвязанных катушек возможно два вида включения: одноименными зажимами и

После упрощения эти уравнения принимаю вид:

U =(Rk1+ Rk2)I + jω(Lk1 + Lk2 + 2 M) I , U =(Rk1+ Rk2)I + jω(Lk1 + Lk2 - 2 M) I

L'экв=Lk1+Lk2+2М – эквивалентная индуктивность одноименного включения катушек; L''экв=Lk1+Lk2–2М – эквивалентная индуктивность разноименного включения катушек.

Зная величины L'экв и L''экв, можно определить коэффициент взаим- ной индуктивности М:

76

L'экв = L1 + L2 + 2М

L''экв = L1 + L2 – 2М

L'экв – L''экв = 4М,

M = Lэкв′ − Lэкв′ .

4

Рис. 5.4

Векторные диаграммы (рис. 5.4) для одноименного и разно-

именного включения катушек построены для одинакового значения тока в обоих случаях.

5.3.Расчет разветвленных цепей при наличиив них магнитосвязанныхкатушек

Задача расчета разветвленных электрических цепей при наличии в них магнитосвязанных катушек решается однозначно, если извест- ны маркировка катушек и величина коэффициента взаимной индук- тивности. Для расчета цепей применимы методы формирования уравнений по законам Кирхгофа и метод контурных токов, а также метод эквивалентного генератора, если отсутствует индуктивная связь между двухполюсником и выделенной ветвью. Нельзя приме- нять без проведения специальных преобразований метод узловых по- тенциалов, формулы эквивалентного преобразования соединения треугольником в эквивалентное соединение звездой и обратно. При-

77

Эти же уравнения в комплексной форме могут быть записаны