5. Резонанс Токов (Параллельный Контур)
Помимо резонанса напряжений, существует явление резонанса токов в параллельном RLC-контуре. При этом:
Полное сопротивление цепи максимально.
Полный ток, потребляемый из сети, минимален (часто близок к нулю).
Ток, циркулирующий внутри контура (
и
),
может во много раз превышать ток
источника.
Резонанс является основой для:
Настройки (селекции) частот в радиоприёмных и передающих устройствах.
Фильтрации (выделения) определенных частот из сложного сигнала.
Усиления напряжений в резонансных контурах.
Переменный ток. Закон Ома для цепи переменного тока. Мощность в цепи переменного тока.
Переменный ток — это электрический ток, который периодически изменяет своё направление и величину во времени. В электротехнике обычно рассматривается гармонический (синусоидальный) ток.
Характеристики Переменного Тока
Сила тока (
)
и напряжение (
)
в цепи переменного тока описываются
синусоидальными функциями:
Амплитудное значение
(
):
Максимальное значение тока или напряжения
за период.
Циклическая частота
(
):
.
Сдвиг фаз (
):
Разность начальных фаз тока и напряжения:
.
Действующее (эффективное)
значение (
):
Значение постоянного тока, которое
выделяет такое же количество теплоты
в резисторе за период, что и данный
переменный ток. Принято использовать
именно действующие значения:
Закон Ома для Цепи Переменного Тока
Закон Ома для цепи переменного тока связывает действующие значения напряжения ( ) и тока ( ) через полное сопротивление цепи, называемое импедансом ( ).
Импеданс (Полное Сопротивление, )
В цепи, содержащей активное
(
),
индуктивное (
),
и ёмкостное (
)
сопротивления (последовательная
RLC-цепь), импеданс
определяется:
Активное сопротивление ( ): Обусловлено рассеянием энергии (тепловыми потерями).
Индуктивное сопротивление ( ): Сопротивление, создаваемое катушкой индуктивности: (Растет с частотой ).
Ёмкостное сопротивление ( ): Сопротивление, создаваемое конденсатором:
(Падает с частотой
).
Сдвиг Фаз ( )
Наличие реактивных элементов ( и ) приводит к сдвигу фаз между током и напряжением.
Индуктивный характер (
):
.
Напряжение опережает ток.Ёмкостный характер (
):
.
Ток опережает напряжение.Резонанс ( ):
.
Ток и напряжение совпадают по фазе.
Мощность в Цепи Переменного Тока
Мгновенная мощность в
цепи
.
В цепях AC различают три
вида мощности:
1. Активная Мощность
(
)
Активная (потребляемая) мощность — это средняя за период мощность, которая необратимо преобразуется в другие виды энергии (тепло, свет, механическая работа). Она тратится только на активном сопротивлении . Ватт (Вт).
Где:
— действующие значения.
— Коэффициент мощности.
2. Реактивная Мощность ( )
Реактивная мощность — мощность, которая циркулирует между источником и реактивными элементами ( и ), запасаясь и возвращаясь обратно в сеть. Она не совершает полезной работы, но необходима для создания магнитных и электрических полей. Вар (вольт-ампер реактивный).
3. Полная Мощность ( )
Полная мощность — это произведение действующих значений напряжения и тока, численно равное максимальной мощности, которую может отдать источник. Вольт-ампер (В·А).
Три вида мощности связаны
через треугольник мощностей:
Коэффициент мощности
(
):
Является важнейшей характеристикой,
показывающей, какая доля полной мощности
преобразуется в полезную активную
мощность (
).
В энергетике стремятся к
.