Рассмотрим цепь с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями, включенными последовательно.
Последовательное соединение сопротивления, конденсатора и катушки
Рис. 1
Для анализа схемы разложим напряжение сети U на три составляющие:
- UR — падение напряжения на активном сопротивлении;
- UL — падение напряжения на индуктивном сопротивлении;
- UC — падение напряжения на емкостном сопротивлении.
Ток в цепи I будет общим для всех элементов:
Проверку производят по формуле:
Следует отметить, что напряжения на отдельных участках цепи не всегда совпадают по фазе с током I.
Так, на активном сопротивлении падение напряжения совпадает по фазе с током, на индуктивном оно опережает по фазе ток на 90° и на емкостном — отстает от него на 90°. Графически это можно показать на векторной диаграмме.
Векторная диаграмма
Рис. 2
Изображенные выше три вектора падения напряжений можно геометрически сложить в один.
Сложение трех векторов напряжения
Рис. 3
В таком соединении элементов возможны активно-индуктивный или активно-емкостный характеры нагрузки цепи. Следовательно, фазовый сдвиг имеет как положительный, так и отрицательный знак.
Резонанс напряжений. Условие резонанса напряжений.
Интересным является режим, когда нет сдвига по фазе. В этом случае:
Такой режим работы схемы называется резонансом напряжений. Полное сопротивление при резонансе напряжений имеет минимальное значение:
И при заданном напряжении U ток I может достигнуть максимального значения.
Из условия ωL = 1/ωC определим резонансную частоту:
Явления резонанса напряжений широко используется в радиотехнике и в отдельных промышленных установках.