Що таке резонанс струмів

При вивченні основ електротехніки на одному з етапів неодмінно розглядається резонанс струмів і напруг. Дані явища притаманні ланцюгах змінного струму і можуть бути як небажаними, які вимагають їх врахування при моделюванні силових і комутаційних схем, так і корисними.

Наприклад, резонанс в колі змінного струму дуже часто використовується в радіотехніці: налаштований коливальний контур, заснований на резонансі напруг, дозволяє в кілька разів підсилювати малопотужний радіосигнал, так як за рахунок перетворень «ємність-індуктивність» відбувається зростання діючого значення напруги.

Згаданий коливальний контур - це основа для розуміння того, як відбувається резонанс струмів і (або) напруг. Він являє собою замкнутий електричний контур, що складається з включеного паралельно конденсатора (ємність C) і котушки (індуктивність L). У них завдяки процесу «перекачування» енергії з електричного поля ємності в магнітне поле індуктивності існують самозагасаючі (за рахунок присутності активної складової R) коливання певної частоти.

При резонансному режимі роботи електричного кола опір проходженню струму представлено тільки активною складовою R. Розрізняють резонанс струмів і резонанс напруг. Розглянемо їх особливості.

Резонанс струмів виникає в ланцюзі з паралельно включеним конденсатором і котушкою, номінали яких підібрані таким чином, що поточний по С і L струм дорівнює. В результаті значення струму в контурі «CL» вище, ніж у загальній ланцюга.

Принцип роботи наступний: при подачі живлення відбувається накопичення заряду конденсатором (до номінальної напруги джерела). Після цього досить відключити джерело і замкнути ланцюг в контур, щоб почався процес розряду на котушку. Струм, що проходить по ній, генерує магнітне поле і створює ЕРС самоіндукції, спрямоване зустрічно току. Максимальне його значення буде досягнуте в момент повного розряду конденсатора. Відповідно, це означає, що вся накопичена ємністю енергія перетворилася в магнітне поле індуктивності. Однак завдяки самоіндукції котушки рух заряджених частинок не припиняється.

Так як противотока від конденсатора більше немає (він розряджений), починає відбуватися його повторна зарядка, але вже з іншого полярністю. У підсумку все поле котушки перетворюється в заряд конденсатора і процес повторюється. Через наявність внутрішньої активної складової R поступово відбувається згасання коливань. Таким чином, здійснюється резонанс струмів.

Резонанс напруг має місце при послідовному з`єднанні резистора R, котушки L і конденсатора C. Важливою особливістю є той факт, що напруга джерела живлення виявляється нижче, ніж на конденсаторі і котушці (на кожному елементі окремо), проте, рівність струмів зберігається. Причому напруга і струм збігаються по фазі. Головна умова для виникнення і підтримки цього процесу - рівність індуктивного і ємнісного опорів. Виходячи з цього, повний опір виходить рівним активному.

Для визначення діючих значень напруг на котушці і конденсаторі застосовують закон Ома. У разі котушки він дорівнює добутку струму на індуктивний опір (U1 = IX1). Відповідно, для конденсатора необхідно ток помножити на ємнісний опір (U2 = IX2). Так як при послідовному з`єднанні елементів струм дорівнює, а для резонансу X1 = X2 напруги на індуктивності і ємності рівні. Звідси, збільшивши реактивні складові, можна домогтися істотного підвищення напружень U1 і U2 при збереженні незмінного значення ЕРС самого джерела живлення. Основна область застосування - радіотехніка.