III.7.5. Circuit serie RLC.
Studiul comportării unui circuit serie RLC se poate face realizând un circuit format dintr-un rezistor, o bobină, un condensator variabil, un ampermetru și o sursă de tensiune alternativă, toate legate în serie.
- Cu ajutorul ampermetrului se urmărește variația intensității curentului prin circuit, menținând inductanța L constantă și mărind capacitatea condensatorului (prin legarea în paralel a mai multor condensatori, se mărește capacitatea echivalentă, deoarece C = C1 + C2 +... + Cn). Se observă creșterea intensității curentului prin circuit până la un maxim, după care începe să scadă.
- Cu ajutorul ampermetrului se urmărește variația intensității curentului prin circuit, menținând capacitatea C constantă și mărind inductanța bobinei prin introducerea unor miezuri . Se observă creșterea intensității curentului prin circuit până la un maxim, după care începe să scadă.
Relația între tensiunile instantanee într-un circuit serie RLC, în curent alternativ este:
Valorile instantanee ale tensiunii și intensității curentului alternativ pot fi scrise sub forma:
φ = defazajul între curent și tensiune
φ > 0, când curentul este defazat în urma tensiunii
φ < 0, când curentul este defazat înaintea tensiunii
Cele trei regimuri de funcționare ale unui circuit serie RLC în curent alternativ sunt:
1. Dacă UL > UC , XL > XC , intensitatea curentului este defazată cu π/2 în urma tensiunii (φ>0) și circuitul are un caracter inductiv.
2. Dacă UL < UC , XL < XC, intensitatea curentului este defazată cu π/2 înaintea tensiunii (φ < 0) și circuitul are un caracter capacitiv.
3. Dacă UL = UC, XL = XC , intensitatea curentului este în fază cu tensiunea (φ = 0) și are loc rezonanța tensiunilor.
Aplicând teorema lui Pitagora în triunghiul tensiunilor (caracter inductiv) obținem:
Mărimea Z, numită impedanța circuitului serie RLC este definită de relația:
Unitatea de măsură pentru impedanța electrică în SI este:
[Z]SI = Ω (ohm)
Legea lui Ohm pentru valorile efective ale curentului alternativ, în cazul unui circuit serie RLC este:
Tot din triunghiul tensiunilor (caracter inductiv) se poate calcula defazajul φ între tensiunea la bornele circuitului serie RLC și intensitatea curentului alternativ:
🔓 Problemă rezolvată
1. Un circuit serie RLC de curent alternativ conține un rezistor ideal cu rezistența 60 Ω, o bobină ideală cu inductanța 1/π H și un condensator ideal cu capacitatea 1/4800π F. Tensiunea de alimentare este 110 V și frecvența de 60 Hz. Află:
a) Impedanța circuitului
b) Intensitatea curentului
c) Defazajul între curent și tensiune.
Rezolvare:
a)
Calculăm reactanța inductivă și capacitivă:
Calculăm impedanța circuitului serie RLC:
b)
Calculăm intensitatea curentului, aplicând legea lui Ohm:
c)
Deoarece XL > XC, circuitul are caracter inductiv și intensitatea curentului este defazată în urma tensiunii (φ>0).