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如何諧振及其串聯(lián)諧振原理解析?

發(fā)布時(shí)間:2020-09-15 14:13:33 瀏覽次數:3636

  串聯(lián)諧振交流耐壓試驗在發(fā)電機絕緣試驗中占據至關(guān)重要的地位,今天我們就來(lái)系統學(xué)習一下如何諧振及其原理解析吧。

  諧振基礎知識

  諧振電路是在具有電阻R、電感L、電容C的交流電路中;一般電路的電壓與電流電路中的相位是不同的。

  如果我們調整電路元件(L或C)或電源頻率的參數,它們可以具有相同的相位,整個(gè)電路呈現純電阻。當電路達到這種狀態(tài)時(shí),稱(chēng)為共振。

  研究共振現象的目的是了解這一客觀(guān)現象,充分利用科學(xué)技術(shù)中共振的特點(diǎn),同時(shí)預防產(chǎn)生的危害。根據電路連接的不同,可分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。

  串聯(lián)諧振條件

  并聯(lián)諧振條件

  在串聯(lián)諧振情況下,電感電壓和電容電壓是等價(jià)的,即電感電容吸收不同數目的等效無(wú)功率,使電路吸收的無(wú)功率為0。

  電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量不斷變化,但這部分能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間振蕩,整個(gè)電路的電磁場(chǎng)能量之和保持不變;勵磁電源電路的能量轉化為電阻加熱。

  為了維持振蕩,勵磁必須不斷地提供能量來(lái)補償電阻的熱消耗。與電路中的電磁場(chǎng)總能量相比,每個(gè)振蕩電路消耗的能量越少,電路的質(zhì)量越好。

  串聯(lián)諧振的原理

  首先,諧振是在一定條件下由R、L和C元件組成的電路的特殊現象。

  首先,當C系列電路發(fā)生諧振時(shí),要分析電路的特性,如圖1:C系列電路的復阻抗如下、在正弦電壓作用下,電路的復阻抗如下。

  公式中,電抗x=xl, xc是角頻率w的函數,x隨w的變化如圖2所示。當w從0變?yōu)槿鐖D2所示時(shí),x從-變?yōu)?如W所示,當w 0,當x是電容性的,當w 0,當x是電感性的,當w=w0,當阻抗z(w0)=r是純電阻、電壓和無(wú)窮大時(shí)。

  電流同相,我們稱(chēng)之為此時(shí)電路諧振的工作狀態(tài)。由于這種共振發(fā)生在RLC串聯(lián)電路中,我們也可以稱(chēng)之為串聯(lián)諧振、串聯(lián)諧振電路等。

  公式1是串聯(lián)電路的諧振條件,從中可以得到諧振角頻率w。如下式:

  諧振頻率為:

  由此可見(jiàn),串聯(lián)電路的諧振頻率是由其自身的參數L和C決定的,這與外界條件無(wú)關(guān)。當電源固定時(shí),可以調節L和C,使電路的固有頻率與電源頻率產(chǎn)生共振。

  變頻串聯(lián)諧振的計算方法

  變頻串聯(lián)諧振主要是指所研究的串聯(lián)電路的電壓和電流達到同一相位,即電路中電感的電感電抗和電容電抗的值和時(shí)間相等,使所研究的電路呈現出純的電阻特性。

  在給定的端電壓下,所研究的電路中會(huì )出現最大電流。電路中消耗的是最大的有功功率。

  變頻串聯(lián)諧振計算方法:

  (1)諧振定義:在電路中,當兩個(gè)元件的能量由電路中的一個(gè)電抗模塊釋放,而另一個(gè)電抗模塊必須吸收相同的能量時(shí),兩個(gè)元件的能量相等,即兩個(gè)電抗元件之間會(huì )有能量脈動(dòng)。

  (2)為了產(chǎn)生共振,電路必須有電感L和電容C。

  (3)相應的共振頻率是以fr表示的共振頻率或共振頻率。

  串聯(lián)諧振電路之條件如下:當q=qi2,xl=i2,xc或xl=xc時(shí),得到了r-l-c串聯(lián)電路的諧振條件。

  (4)無(wú)論串聯(lián)或并聯(lián)諧振,L和C之間的完全能量交換是在諧振發(fā)生時(shí)實(shí)現的。也就是說(shuō),釋放的磁能完全轉化為電場(chǎng)能并儲存在電容中,而電容又在另一時(shí)刻放電,然后再轉化為電感儲存的磁能。

  (5)在串聯(lián)諧振電路中,由于串聯(lián)L、C流過(guò)相同的電流,所以能量交換是通過(guò)電壓極性的變化進(jìn)行的;在并聯(lián)電路中,L、C的兩端是相同的電壓,因此能量轉換是兩個(gè)元件的相反的電流相位。

  (6)電感和電容仍然是共振中的兩個(gè)分量,否則能量就不能交換;但從等效阻抗的角度看,它們變成了一個(gè)分量:零電阻或無(wú)限電阻。

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