Электричество шаг за шагом

Т-154. На резонансной частоте сильно падает общее сопротивление последовательной LCR-цепи, и ток в ней резко возрастает. Попробуем подключить к последовательной LCR-цепи генератор с изменяемой частотой и будем постепенно её увеличивать. При этом индуктивное сопротивление X_L тоже будет увеличиваться, а ёмкостное Х_с — постепенно уменьшаться (Р-64). На какой-то частоте — давайте сразу же назовем её резонансной частотой f_рез — сопротивления X_L и Х_с станут равными и, значит, уравняются напряжения U_L и U_c. А так как эти напряжения противофазны, то на частоте f_рез они полностью скомпенсируют друг друга, и генератор вообще перестанет чувствовать присутствие реактивных элементов, перестанет отдавать им часть своей э.д.с. На резонансной частоте резко уменьшится общее сопротивление цепи Z, и не просто уменьшится — X_L и Х_с полностью нейтрализуют друг друга, реально в цепи действует только одно активное сопротивление R_к. В итоге ток I совпадает по фазе с общим напряжением, из-за очень малого R_к ток резко возрастёт и столь же резко увеличатся напряжения U_L и U_c. Но заметьте, увеличится каждое из них в отдельности, а общее суммарное напряжение на обоих реактивных элементах, как уже говорилось, будет равно нулю.

ВК-177.Сериесный двигатель сам автоматически делает то, что в грузовиках и легковых автомобилях делает водитель, переключая коробку перемены передач КПП. При подъёме, например, он включает шестерни (между двигателем и колёсами), понижающие скорость и повышающие силу вращения колёс М. При движении по ровной дороге включаются шестерни, повышающие скорость и снижающие М. Разработчики электромобилей уверены, что перейдут на сериесные двигатели и избавятся от КПП.

Весь этот процесс называется последовательным резонансом, или резонансом напряжений. Если после резонанса продолжать увеличивать частоту, то X_L станет больше, чем Х_с, и в цепи в основном начнёт действовать индуктивное сопротивление, ток уменьшится, а вместе с ним уменьшатся и напряжения U_L и U_с.

Как видите, в последовательной LCR-цепи на особом положении оказывается только резонансная частота f_рез, и из всех переменных токов контур особо выделяет ток именно этой частоты. Выделяется, правда, не строго одна определённая частота, а сравнительно узкая полоса близких частот, но частоты, далёкие от резонансной, в буквальном смысле слова подавлены.

При этом важную роль играет характеристика, с которой нас познакомили свободные колебания в LC-контуре, — добротность Q. Чем выше добротность, тем острее частотная характеристика последовательной LCR-цепи, которая имеет собственное название — «резонансная кривая». А чем острее резонансная кривая, тем лучше выделяется ток резонансной частоты из всех прочих переменных токов.

Т-155. На резонансной частоте сопротивление параллельной LCR-цепи резко возрастает. В самом упрощённом виде параллельную LCR-цепь можно рассматривать как состоящую из двух параллельно соединённых сопротивлений X_L и Х_с (Р-73.2). На низших частотах сопротивление X_L мало, и катушка шунтирует конденсатор. На высших частотах снижается сопротивление Х_с, и конденсатор шунтирует катушку. И лишь на резонансной частоте f_рез никто никого не шунтирует (Т-8), и общее сопротивление параллельного LCR-контура оказывается весьма большим. При этом, естественно, уменьшается общий ток в цепи контура. И ещё одна интересная деталь: если включить параллельную LCR-цепь в делитель напряжения, то эта часть цепи (LCR) за счёт своего большого сопротивления на резонансной частоте будет выделять напряжение резонансной частоты из всех напряжений, подводимых к делителю.