Основы теории цепей постоянного и переменного токов: Учебное пособие для самостоятельной работы студентов, страница 31

Добротность характеризует соотношение между токами индуктивной и емкостной ветвей и током через ветвь с сопротивлением r. Если  то реактивные токи  и  при резонансе меньше активного . Значение  показывает кратность превышения реактивных токов по отношению к активному.

Схема рис.3.12 с параллельным соединением элементов r, L, C обладает характеристиками так называемого заграждающего или режекторного фильтра. В области частот, примыкающей к резонансной, входное сопротивление цепи максимально. Поэтому ток минимален, откуда и название «заграждающий фильтр». Добротность, как и в предыдущем случае влияет на форму кривой  и другие характеристики фильтра.

4.3.  Резонанс в электрических цепях произвольной структуры

В практике используются более сложные схемы электрических фильтров и другие электрические цепи, содержащие различное количество реактивных элементов. В области электрических фильтров явление резонанса используется как полезное или необходимое явление. Но в других областях явление резонанса может возникать как нежелательное явление, приводящее к повышенным значениям напряжений или токов. При высоких добротностях электрических цепей, т.е. в цепях с малыми потерями в активных сопротивлениях, напряжения и токи в резонансных режимах могут достигать опасных значений. Поэтому понимание резонансных свойств той или иной электрической системы является важной задачей.

Во всех случаях в качестве критерия наличия резонансного режима выступает условие совпадения начальных фаз входных напряжения и тока исследуемой электрической цепи. С этим условием согласуется условие обращения в нуль реактивной составляющей входного комплексного сопротивления (проводимости) электрической цепи. Поэтому исходным этапом математического исследования резонансных свойств любой электрической цепи является выделение из состава комплексного входного сопротивления (проводимости) реактивной составляющей и приравнивание последней нулю.

В целом расчет проводится с реализацией следующих этапов.

1. Записывается входное сопротивление или входная проводимость цепи.

2. Входное сопротивление (проводимость) разделяется на действительную и мнимую части.

3. Выделяется реактивное сопротивление (проводимость) цепи (мнимая часть) и приравнивается к нулю.

4. Полученное уравнение решается относительно искомой неизвестной (частоты, индуктивности, емкости, сопротивления).

Как правило, первым этапом решения является вычисление резонансных частот, поскольку именно реализация этого этапа отвечает на вопрос возможны в данной цепи резонансы или нет.

В цепях с двумя реактивными элементами определяется и исследуется одна резонансная частота.

Для цепей с тремя реактивными элементами определяются и исследуются две резонансные частоты. Количество резонансных частот возрастает с увеличением числа реактивных элементов (индуктивных и емкостных).

4.3.1.  Резонанс в цепях с двумя реактивными элементами

На рис.4.6 изображена группа схем, в которых индуктивность и емкость включены последовательно или находятся в составе последовательного соединения двухэлементных участков схем.

Схема рис.4.6,а уже исследована в разделе 4.1 и выявлены особенности, характеризующие резонанс напряжений. В остальных схемах также может возникать только резонанс напряжений в силу отмеченной их структуры. В качестве примера рассмотрим схему рис.4.6,б.

Входное сопротивление этой схемы:

.                                                (4.14)

Рис. 4.6. Схемы, в которых возможен резонанс напряжений

Преобразуем полученное выражение, умножая числитель и знаменатель на сопряженный комплекс знаменателя:

.

Далее осуществляется разделение действительной и мнимой частей полученного выражения:

                     (4.15)

и для определения резонансной частоты мнимая часть (4.15) приравнивается нулю:

.                                   (4.16)

В итоге получается алгебраическое уравнение второй степени относительно резонансной частоты