16
·
UL
·
UК · I
·
·
URК=U
·
UС
Векторная диаграмма для последовательного соединения реальной катушки индуктивности и конденсатора в режиме резонанса представлена на рис. 4.
Зависимости угла сдвига фаз между током и напряжением от частоты приведены на рис. 5 а и б. Угол сдвига фаз определяется выражением
arctg( XR ) . Если R=0, то при = 0 величина
изменяется скачком от |
|
|
до |
|
. Это явление |
|
|
2 |
|
2 |
|
называется опрокидыванием фазы, рис. 5б.
Рис. |
4. |
Векторная |
а) |
|
|
|
б) |
|
|
диаграмма |
при |
резонансе |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
напряжений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 5: Зависимость угла сдвига фаз в последовательном колебательном контуре:
а) R 0; б) R=0
Параллельный колебательный контур. Резонанс токов
В электрической цепи, приведенной на рис. 6, может наблюдаться резонанс токов. Векторная диаграмма для данной электрической цепи представлена на рис. 7.
17
i
|
IG |
IL |
Ic |
|
|
||
U |
G |
L |
C |
Рис. 6: Параллельное соединение G, L, C
Полная комплексная проводимость цепи Y (См) определяется выражением:
Y G jB Ye j ,
где G активная проводимость цепи, См; B реактивная проводимость цепи, См; Y – полная проводимость цепи, См,
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||
Y G 2 B 2 |
G 2 ( |
C)2 . |
|||||||||
L |
|||||||||||
|
|
|
|
между |
|
|
|||||
Угол сдвига фаз |
|
напряжением и током определяется |
|||||||||
следующим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
arctg |
BL BC |
arctg |
B |
, |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
G |
|
|
|
G |
|
|
|
||
где BL- реактивная проводимость катушки индуктивности, См; BC - реактивная проводимость конденсатора, См;
Действующее значение напряжения:
U |
|
|
I |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
G 2 |
(B |
L |
B )2 |
||
|
|
|
|
C |
|||
При резонансе токов должны соблюдаться следующие условия:
0, B 0,
отсюда B B |
|
1 |
C 0, |
|
L |
||||
L C |
|
|
||
|
|
|
т.е. 0 |
|
|
1 |
|
. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
||||
LC |
||||||
|
|
|
|
|
18
|
U |
|
|
IG=GU=I |
|
|
U = U |
|
IL= oCU |
L |
oC |
Рис. 7: Векторная диаграмма при резонансе токов
При резонансе имеет место следующее неравенство IL , IC IG, если активная проводимость не больше емкостной или индуктивной
проводимостей G C |
1 |
|
|
C |
|
, |
|
|
|||||
0 |
0L |
|
|
L |
||
|
|
|
||||
где - характеристическая или волновая проводимость.
При постоянстве действующего значения приложенного напряжения резонанс токов может быть достигнут:
1)изменением L катушки при постоянных частоте f и емкости C;
2)изменением частоты f при постоянных L и С;
3)изменением емкости конденсатора С при постоянных f и L.
Вданной лабораторной работе резонанс токов получает первым и вторым способом.
Добротность контура определяется следующим выражением:
Q |
I L0 |
|
IC0 |
|
U 0C |
|
0C |
|
|
. |
|
|
|
|
|||||||
|
I0 |
I0 |
|
UG |
|
G |
|
G |
||
Зависимости угла сдвига фаз между напряжением и током показаны на
рис. 8 а и б. Если G=0, то при = 0 величина изменяется скачком от до
2
2 , т.е. наблюдается опрокидывание фазы, рис. 8б.
19
а) |
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Рис. 8: Зависимость угла сдвига фаз в параллельном колебательном контуре:
а) G 0; б) G=0
Зависимости полной и реактивных проводимостей цепи и угла сдвига фаз межу напряжением и током показаны на рис. 9.
G, |
Y |
|
BL, |
|
|
|
B, |
|
BC, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Y |
|
|
B |
|
|
|
|
G |
|
|
|
BL=1/ L |
|
0 |
|
|
0 |
|
B=B -B |
|
|
B |
|
|
|
L |
C |
|
|
|
|
-Bc =- C |
|
|
Рис.9: Зависимости полной и реактивных проводимостей от частоты
Резонансные характеристики приведены на рис. 10.
20
IL |
IC |
IL, |
|
IC, |
I |
IG, |
|
U, |
IG |
I |
U
L 0 C
Рис. 10: Резонансные характеристики цепи для параллельного колебательного контура
При этом действующие значения напряжений и токов определяются по
формулам:
U |
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G 2 B 2 |
|
||
|
|
|
I L UL ;
|
|
|
|
|
I |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
2 |
|
1 |
2 |
||
|
|
G |
|
|
|
C |
||
|
L |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
IC U C.
Для реальной индуктивной катушки и конденсатора, рис.11, при заданных L и C резонанс наступит при угловой частоте
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
R |
|
|
|
|
|
R |
2 |
||
|
|
|
|
1 |
|
K |
|
|
|
0 |
1 |
K |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
LC |
|
L |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|||
При заданных и С резонанс токов наступит при индуктивности
L= 1 
1 4 2 Rк 2С 2 2 2С
При этом активной проводимостью в конденсаторе пренебрегаем.