Фаза и полное сопротивление

В цепи переменного тока с R, L и C напряжения и токи могут быть сдвинуты по фазе. Поэтому режим описывают полным сопротивлением Z, которое учитывает активную R и реактивную X составляющие.

Для последовательной RLC-цепи результирующая реактивность:

Если X>0, цепь имеет индуктивный характер; если X<0 — ёмкостный; если X=0 — реактивные составляющие компенсируются.

Ток по действующим значениям I=U/Z. При индуктивном характере ток отстаёт от напряжения, при ёмкостном — опережает.

В последовательной RLC-цепи при X_L=X_C реактивная составляющая равна нулю, Z минимально и определяется в основном R. Такой режим называется резонансом напряжений. Резонанс может быть полезен в радиотехнике, но в силовых цепях нежелательные резонансные явления способны приводить к повышенным токам или напряжениям.

Фазовые соотношения удобно представлять векторами (фазорами). В последовательной цепи ток выбирают за опорный вектор: U_R направлено вместе с током, U_L опережает его на 90°, U_C отстаёт на 90°. Поэтому напряжения нельзя просто арифметически складывать по модулям — их геометрическая сумма даёт напряжение источника.

Из такого построения напрямую получается треугольник сопротивлений: горизонтальная сторона R, вертикальная X, гипотенуза Z. Он помогает увидеть, почему при одинаковом R изменение X меняет и ток, и фазовый угол.

Фазовые соотношения нужны при анализе двигателей, трансформаторов, компенсации реактивной мощности и измерении мощности. Если нагрузка имеет низкий cosφ, ток линии может быть заметно выше, чем ожидалось бы только по активной мощности.