Параллельное соединение активного сопротивления, индуктивности и емкости. Что такое резонанс токов?

Мы знаем, что напряжение на конденсаторе отстает на 90° от тока, а напряжение на катушке индуктивности на 90° опережает ток. При параллельном соединении емкости и индуктивности (рис. 1), когда на конденсаторе и на катушке индуктивности напряжение одно и то же, токи в катушке и в конденсаторе в любой момент времени имеют противоположное направление, следовательно, угол между ними равен 180°.

Если емкость конденсатора подобрана так, что 1 / wC = wL, то произойдет следующее явление: энергия, запасаемая за одну четверть периода в конденсаторе, в следующую четверть периода будет превращаться в энергию магнитного поля катушки. Затем энергия магнитного поля вновь будет превращаться в энергию заряда конденсатора и т. д. При этом энергия источника будет расходоваться только в активном сопротивлении. Напряжение источника тока будет совпадать по фазе с током; cos ф = 1. Это явление называется резонансом токов.

Рис. 1

При резонансе токов величина тока в каждой ветви может достигать больших значений, в то время как ток в общей части цепи (до разветвления), поступающий от источника тока, будет незначителен. Ток в общей части цепи зависит только от энергии, расходуемой в активном сопротивлении. Токи в каждой ветви зависят от величины запасаемой энергии в электрическом поле конденсатора и в магнитном поле катушки. При малом активном сопротивлении они почти равны друг другу, поэтому токи в ветвях могут достигать величины, значительно превосходящей значения тока в общей (неразветвленной) части цепи.

Контур, в котором происходит обмен энергией между магнитным полем катушки и электрическим полем конденсатора, называется колебательным контуром.

Если энергия, запасаемая в конденсаторе, не равна энергии, запасаемой в магнитном поле катушки, то ток, вырабатываемый источником, будет определяться не только активным, но и реактивным сопротивлениями.

Так как низкий cos ф у потребителей тока не позволяет использовать полную мощность генераторов электрической станции, то на практике для повышения cos ф широко применяется параллельное включение в сеть конденсаторов. Параллельно ветви, содержащей индуктивность, устанавливается конденсатор, в котором в течение значительной части периода направление тока противоположно направлению тока в первой ветви.

Таким образом, в общей ветви в течение значительной части каждого периода протекает ток, по величине равный разности токов в отдельных ветвях (алгебраическая сумма токов, имеющих разное направление, т. е. разные знаки).