Серійний RLC контур (схема та діаграма фазорів)

Що таке колійна схема RLC?

Колійна схема RLC - це схема, в якій резистор, індуктор та конденсатор підключені послідовно до джерела напруги. Таку схему називають послідовною схемою RLC. Схема та фазова діаграма для послідовної схеми RLC показані нижче.

Фазова діаграма послідовної схеми RLC

Фазова діаграма послідовної схеми RLC будується шляхом поєднання фазових діаграм резистора, індуктора та конденсатора. Перед цим слід зрозуміти зв'язок між напругою та струмом у випадку резистора, конденсатора та індуктора.

1. 
   

1. Резистор
   У випадку резистора, напруга та струм знаходяться в одному фазі, або можна сказати, що кутова різниця між напругою та струмом дорівнює нулю.

2. Індуктор
   У індукторі напруга та струм не знаходяться в одному фазі. Напруга опережає струм на 90°, або, інакше кажучи, напруга досягає свого максимального та нульового значення на 90° раніше, ніж струм.

3. Конденсатор
   У випадку конденсатора, струм опережає напругу на 90°, або, інакше кажучи, напруга досягає свого максимального та нульового значення на 90° пізніше, ніж струм, тобто фазова діаграма конденсатора є точним протилежним відображенням індуктора.

4. 
   

ПРИМІТКА: Для запам'ятовування зв'язку між напругою та струмом, запам'ятайте просте слово "CIVIL", тобто у конденсаторі струм опережає напругу, а напруга опережає струм у індукторі.

Схема RLC
Для побудови фазової діаграми послідовної схеми RLC, дотримуйтесь цих кроків:

Крок I. У випадку послідовної схеми RLC, резистор, конденсатор та індуктор підключені послідовно, тому струм, що пройшов через всі елементи, однаковий, тобто Ir = Il = Ic = I. Для побудови фазової діаграми, використовуйте струм як відлік та намалюйте його на горизонтальній осі, як показано на діаграмі.
Крок II. У випадку резистора, напруга та струм знаходяться в одному фазі. Тому намалюйте фазовий вектор напруги VR вздовж тієї ж осі або напрямку, що й струм, тобто VR знаходиться в фазі з I.
Крок III. Ми знаємо, що у індуктора напруга опережає струм на 90°, тому намалюйте Vl (напруга на індукторі) перпендикулярно до вектора струму в напрямку опереження.
Крок IV. У випадку конденсатора, напруга відстає від струму на 90°, тому намалюйте Vc (напруга на конденсаторі) перпендикулярно до вектора струму вниз.
Крок V. Для побудови результативної діаграми, намалюйте Vc вгору. Тепер намалюйте результативну, Vs, яка є векторною сумою напруг Vr і VL – VC.

Імпеданс для послідовної схеми RLC

Імпеданс Z послідовної схеми RLC визначається як опір до потоку струму, обумовлений опором R, індуктивною реактивною опорами, XL та ємнісною реактивною опорами, XC. Якщо індуктивна реактивна опора більша за ємнісну реактивну опору, тобто XL > XC, то схема RLC має відставальний фазовий кут, а якщо ємнісна реактивна опора більша за індуктивну реактивну опору, тобто XC > XL, то схема RLC має опережальний фазовий кут, а якщо обидві реактивні опори однакові, тобто XL = XC, то схема буде поводитися як чисто резистивна схема.

Ми знаємо, що,

Підставляючи значення V