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串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的區(qū)別與關(guān)系

來源: 時間:2023-04-03 11:25:45 瀏覽次數(shù):

重點是電感和電容組成的回路,在外加交流電源的作用下,就會激起振蕩。每一個振蕩回路都有自己的固有頻率,當(dāng)外加交流電源的頻率等于回路的固有頻率時,振蕩的幅度(電壓或電流)達(dá)到最大值,這種狀態(tài)稱為諧振現(xiàn)象。諧振在現(xiàn)代無線電與電工技術(shù)中的應(yīng)用極為廣泛,本文僅對諧振中的串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振作淺析。

        重點是電感和電容組成的回路,在外加交流電源的作用下,就會激起振蕩。每一個振蕩回路都有自己的固有頻率,當(dāng)外加交流電源的頻率等于回路的固有頻率時,振蕩的幅度(電壓或電流)達(dá)到最大值,這種狀態(tài)稱為諧振現(xiàn)象。諧振在現(xiàn)代無線電與電工技術(shù)中的應(yīng)用極為廣泛,本文僅對諧振中的串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振作淺析。

       一、串聯(lián)諧振原理

    串聯(lián)諧振原理圖1是電阻、電感和電容組成的串聯(lián)電路,在外施角頻率為ω的正弦電壓作用下,R、L、C串聯(lián)電路中的感抗和容抗有相互補償?shù)淖饔?,感抗和容抗不相等時,阻抗角≠0,電路呈容性(XC>XL)或感性(XC<XL);電路中的電流或者超前電壓,或者滯后電壓。如果角頻率ω、電路的L和C參數(shù)滿足一定的條件,使感抗和容抗完全相互補償,即XL=XC,則電路的電抗X=XL-XC=0,此時電路的阻抗角=0,電路中的電流和電壓就會出現(xiàn)同相位的情況,電路的這種狀態(tài)就稱為諧振,并由此得出諧振頻率f=1/2πLC。因為發(fā)生在串聯(lián)電路中,故稱為串聯(lián)諧振,其特點如下:


          電路的阻抗Z=R+(XL-XC=R,其值最小,因而電路中的電流I=U/R達(dá)到最大值。由于=0,電路對電源呈現(xiàn)阻性,能量的互換只發(fā)生在電感L與電容C之間。


      串聯(lián)諧振時UC稱UL可能超過外加的電源電壓多倍(由于XL=XC,則UL=UC。而UL與UC在相位上相反、互相抵消,因而電源電壓U=UR,但UL和UC的單獨作用不容忽視:UL=I×XL=U/R×XLUC=I×XC=U/R×XC當(dāng)XL=XC>R時,UL和UC都高于電源電壓U,等于交流電源電壓的Q倍(稱為電路的品質(zhì)因數(shù)或共振系數(shù),是一個無量綱的量,Q=UC/U=UL/U=1/ωCR=ωL/R倍,如果ωL=1/ωC>>R,則Q>>1,因而電路接近諧振時,電感L和電容C兩端會出現(xiàn)大大超過外施電壓的高電壓。


       串聯(lián)諧振回路總阻抗是純電阻,而且變到最小值,等于回路的電阻;回路中的電流達(dá)到最大值;電感上的電壓等于電容上的電壓,并且等于交流電源電壓的Q倍。因此串聯(lián)諧振也叫做電壓諧振。串聯(lián)諧振時的相量圖如圖2所示。



       串聯(lián)諧振在無線電工程中的應(yīng)用較為廣泛,圖3是普通收音機的輸入電路,L與C組成串聯(lián)諧振電路。例如當(dāng)微弱的信號電壓輸入到串聯(lián)諧振回路后,在電容或電感兩端可以獲得一個比輸入電壓大許多倍的電壓。而其他各種不同頻率的信號由于沒有達(dá)到諧振,故而在回路中引起的電流很小,這樣就起到了選擇信號和抑制干擾的作用。


       二、并聯(lián)諧振原理

      在電感、電容和外加交流電源相并聯(lián)的振蕩回路,通常電感線圈是用電阻和電感的串聯(lián)組合來表示的,電容器的損耗及漏電流一般很小,在一定條件下可忽略不計,如圖4。如果回路的感抗和容抗比電阻大得多,即ωL(ωC)>>R,并聯(lián)回路的固有頻率可近似為f=1/2πLC。如果Q、L、C達(dá)到一定條件,使并聯(lián)電路的感納和容納相等BL=BC(BL=ωL,BC=1/ωC),從而使電納B等于零(B=BL-BC=0),則電流與電壓將同相(ω=0),這種情況稱為R、L、C并聯(lián)諧振,并聯(lián)諧振原理其特點如下:

      諧振時電路的阻抗最大,在外施電源電壓一定的情況下,電路中的電流將在諧振時達(dá)到最小值,I=U/ZO。由于電源電壓與電路中電流同相(=0),因此,電路對電源呈現(xiàn)阻性,諧振時電路的阻抗ZO相當(dāng)于一個電阻。

     諧振時并聯(lián)支路的電流近似相等,而比總電流大許多倍,如圖5所示。所以諧振時電路兩端會呈現(xiàn)高電壓,根據(jù)這一特點,并聯(lián)諧振也稱為電流諧振。



       諧振在電力工程中往往是有害的。例如在380/220V電力線路中發(fā)生串聯(lián)諧振,盡管L和C兩端的電壓Ul和U。相互抵消,但其單獨作用不可忽視,它們往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外加電壓,數(shù)值可達(dá)數(shù)千伏,這是相當(dāng)危險的。當(dāng)電力線路發(fā)生并聯(lián)諧振時,支路電流往往大大超過電路總電流,造成熔斷器熔斷、開關(guān)跳閘或燒毀電氣設(shè)備的事故。所以電力線路中要避免發(fā)生諧振。


       另一方面,諧振現(xiàn)象在無線電和電工技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用,在信號接收(如收音機調(diào)諧、中頻放大)、消除干擾及一些振蕩器、濾波器電路中,諧振往往是其主要組成部分。

      諧振在感應(yīng)爐電路中也得到了廣泛應(yīng)用。通常遮感應(yīng)器線圈上要并聯(lián)或串聯(lián)電容器,以組成并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振電路,使感應(yīng)爐工作在近于諧振狀態(tài),以求獲得比較高的功率因數(shù)和效率。

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