串聯(lián)諧振原理

《串聯(lián)諧振原理》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、第一篇串聯(lián)諧振原理本篇將和大家討論串聯(lián)諧振電源產(chǎn)生的原理，并分析串聯(lián)諧振現(xiàn)象的一些特征，探索串聯(lián)諧振現(xiàn)象的一些基本規(guī)律，以便在應(yīng)用中能更自如的使用串聯(lián)諧振電源產(chǎn)品和分析在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的一些現(xiàn)象。一、串聯(lián)諧振的產(chǎn)生：諧振是由R、L、C元件組成的電路在一定條件下發(fā)生的一種特殊現(xiàn)象。首先，我們來(lái)分析R、L、C串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件和諧振時(shí)電路的特性。圖1所示R、L、C串聯(lián)電路，在正弦電壓U作用下，其復(fù)阻抗為：式中電抗X＝Xl—Xc是角頻率ω的函數(shù)，X隨ω變化的情況如圖2所示。當(dāng)ω從零開(kāi)始向∞變化時(shí)，X從﹣∞向﹢∞變化，在ω＜ωo時(shí)、X＜0，電路為容性；在ω＞ω

2、o時(shí)，X＞0，電路為感性；在ω＝ωo時(shí)式1圖1圖2此時(shí)電路阻抗Z(ωo)＝R為純電阻。電壓和電流同相，我們將電路此時(shí)的工作狀態(tài)稱為諧振。由于這種諧振發(fā)生在R、L、C串聯(lián)電路中，所以又稱為串聯(lián)諧振。式1就是串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件。由此式可求得諧振角頻率ωo如下：武漢高壓研究所——電力試驗(yàn)用串聯(lián)諧振技術(shù)-62-諧振頻率為由此可知，串聯(lián)電路的諧振頻率是由電路自身參數(shù)L、C決定的．與外部條件無(wú)關(guān)，故又稱電路的固有頻率。當(dāng)電源頻率一定時(shí)，可以調(diào)節(jié)電路參數(shù)L或C，使電路固有頻率與電源頻率一致而發(fā)生諧振；在電路參數(shù)一定時(shí)，可以改變電源頻率使之與電路固有頻率一致而發(fā)生諧振

3、。二、串聯(lián)諧振的品質(zhì)因數(shù)：串聯(lián)電路諧振時(shí)，其電抗X(ωo)＝0，所以電路的復(fù)阻抗呈現(xiàn)為一個(gè)純電阻，而且阻抗為最小值。諧振時(shí)，雖然電抗X＝XL—Xc=0，但感抗與容抗均不為零，只是二者相等。我們稱諧振時(shí)的感抗或容抗為串聯(lián)諧振電路的特性阻抗，記為ρ，即ρ的單位為歐姆，它是一個(gè)由電路參數(shù)L、C決定的量，與頻率無(wú)關(guān)。工程上常用特性阻抗與電阻的比值來(lái)表征諧振電路的性能，并稱此比值為串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)，用Q表示，即品質(zhì)因數(shù)又稱共振系數(shù)，有時(shí)簡(jiǎn)稱為Q值。它是由電路參數(shù)R、L、C共同決定的一個(gè)無(wú)量綱的量。三、串聯(lián)諧振時(shí)的電壓關(guān)系諧振時(shí)各元件的電壓分別為武漢高壓研究所——電

4、力試驗(yàn)用串聯(lián)諧振技術(shù)-62-即諧振時(shí)電感電壓和電容電壓有效值相等，均為外施電壓的Q倍，但電感電壓超前外施電壓900，電容電壓落后外施電壓900，總的電抗電壓為0。而電阻電壓和外施電壓相等且同相，外施電壓全部加在電阻R上，電阻上的電壓達(dá)到了最大值。在電路Q值較高時(shí)，電感電壓和電容電壓的數(shù)值都將遠(yuǎn)大于外施電壓的值，所以串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。四、串聯(lián)諧振時(shí)的能量關(guān)系：現(xiàn)在分析諧振時(shí)的能量關(guān)系。設(shè)諧振時(shí)電路電流為則電容電壓為電路中的電磁場(chǎng)總能量為由于諧振時(shí)有即所以武漢高壓研究所——電力試驗(yàn)用串聯(lián)諧振技術(shù)-62-這表明，串聯(lián)諧振時(shí)，電路中電場(chǎng)能量最大恒等于磁場(chǎng)能量的

5、最大值、而電感和電容中儲(chǔ)存的電磁能量總和是不隨時(shí)間變化的常量，且等于電場(chǎng)或磁場(chǎng)能量的最大值。圖3的曲線反映了諧振時(shí)電、磁場(chǎng)能量的關(guān)系。當(dāng)電場(chǎng)能量增加某一數(shù)值時(shí)，磁場(chǎng)能量必減小同一數(shù)值，反之亦然。這意味著在電容和電感之間，存在著電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能經(jīng)相互轉(zhuǎn)換的周期性振蕩過(guò)程。電磁場(chǎng)能量的交換只在電感和電容元件之間進(jìn)行．和電路外部沒(méi)有電磁能量的交換。電源只向電阻提供能量，故電路呈純阻性。圖3因?yàn)樗赃@就是說(shuō)，在外加電壓一定時(shí)，電磁場(chǎng)總能量與Q2成正比，因此可用提高或降低Q值的辦法來(lái)增強(qiáng)或削弱電路振蕩程度。由于武漢高壓研究所——電力試驗(yàn)用串聯(lián)諧振技術(shù)-62-可知Q值

6、的物理意義：即Q等于諧振時(shí)電路中儲(chǔ)存的電磁場(chǎng)總能量與電路消耗的平均功率之比乘以ωo，或Q等于諧振時(shí)電路中儲(chǔ)存的電磁場(chǎng)總能量與電路在一個(gè)周期中所消耗的能量之比乘以2π。電阻R越小，電路消耗的能量(或功率)越小，Q值越大，振蕩越激烈。五、串聯(lián)諧振的諧振曲線電路中的阻抗(導(dǎo)納)是隨頻率的變化而變化的。在輸入信號(hào)的有效值保持不變情況下，電路的電壓、電流的大小也會(huì)隨頻率的變化而變化。阻抗(導(dǎo)納)、電流或電壓與頻率之間的關(guān)系稱為它們的頻率特性。在串聯(lián)諧振電路中．描繪電流、電壓與頻率關(guān)系的曲線稱諧振曲線。先來(lái)看復(fù)阻抗的頻率特性：復(fù)阻抗Z的頻率特性為電路中電流為即武漢高壓

7、研究所——電力試驗(yàn)用串聯(lián)諧振技術(shù)-62-Z（ω）特性曲線電流的諧振曲線電流的相頻特性曲線圖4從圖4各曲線可以看出，在ω＝ωo處，X＝0，此時(shí)電路阻抗最小，為Z＝R；電流最大，為Io＝US/R，電流與電壓同相位；電路處于諧振狀態(tài)。ω≠ωo時(shí)，Z＞R，I＜Io，Φ≠0，電路處于失諧狀態(tài)。ω偏離ωo越遠(yuǎn)，Z越大，I越小，Φ越大，失諧越嚴(yán)重。其中，當(dāng)ω＜ωo時(shí)，電路呈電容性，稱為容性失諧；當(dāng)ω＞ωo時(shí)，電路呈電感性，稱為感性失諧。從電流諧振曲線可以看出，在諧振頻率及其附近，電路具有較大的電流，而當(dāng)外施信號(hào)頻率偏離諧振頻率越遠(yuǎn)，電流就越小。換言之，串聯(lián)諧振電路具有選

8、擇最接近于諧振頻率附近的信號(hào)同時(shí)抑制其它信號(hào)的能力，我們把電路所具