如何諧振及其串聯(lián)諧振原理解析?

串聯(lián)諧振交流耐壓試驗在發(fā)電機(jī)絕緣試驗中占據(jù)至關(guān)重要的地位，今天我們就來系統(tǒng)學(xué)習(xí)一下如何諧振及其原理解析吧。

　　諧振基礎(chǔ)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(diào)整電路元件(L或C)或電源頻率的參數(shù)，它們可以具有相同的相位，整個電路呈現(xiàn)純電阻。當(dāng)電路達(dá)到這種狀態(tài)時，稱為共振。

　　研究共振現(xiàn)象的目的是了解這一客觀現(xiàn)象，充分利用科學(xué)技術(shù)中共振的特點，同時預(yù)防產(chǎn)生的危害。根據(jù)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的，即電感電容吸收不同數(shù)目的等效無功率，使電路吸收的無功率為0。

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

　　為了維持振蕩，勵磁必須不斷地提供能量來補(bǔ)償電阻的熱消耗。與電路中的電磁場總能量相比，每個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(xiàn)象。

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

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

　　電流同相，我們稱之為此時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，串聯(lián)電路的諧振頻率是由其自身的參數(shù)L和C決定的，這與外界條件無關(guān)。當(dāng)電源固定時，可以調(diào)節(jié)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(dá)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間相等，使所研究的電路呈現(xiàn)出純的電阻特性。

　　在給定的端電壓下，所研究的電路中會出現(xiàn)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(dāng)兩個元件的能量由電路中的一個電抗模塊釋放，而另一個電抗模塊必須吸收相同的能量時，兩個元件的能量相等，即兩個電抗元件之間會有能量脈動。

　　(2)為了產(chǎn)生共振，電路必須有電感L和電容C。

　　(3)相應(yīng)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(dāng)q=qi2，xl=i2，xc或xl=xc時，得到了r-l-c串聯(lián)電路的諧振條件。

　　(4)無論串聯(lián)或并聯(lián)諧振，L和C之間的全能量交換是在諧振發(fā)生時實現(xiàn)的。也就是說，釋放的磁能全轉(zhuǎn)化為電場能并儲存在電容中，而電容又在另一時刻放電，然后再轉(zhuǎn)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流過相同的電流，所以能量交換是通過電壓極性的變化進(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(zhuǎn)換是兩個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，它們變成了一個分量：零電阻或無限電阻。