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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(yàn)在發(fā)電機(jī)絕緣試驗(yàn)中占據(jù)至關(guān)重要的地位，今天我們就來(lái)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(shí)
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(gè)電路呈現(xiàn)純電阻。當(dāng)電路達(dá)到這種狀態(tài)時(shí)，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(diǎn)，同時(shí)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(jià)的，即電感電容吸收不同數(shù)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(lì)磁電源電路的能量轉(zhuǎn)化為電阻加熱。
為了維持振蕩，勵(lì)磁必須不斷地提供能量來(lái)補(bǔ)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(xiàn)象。
首先，當(dāng)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(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(shí)，x從-變?yōu)?如W所示，當(dāng)w0，當(dāng)x是電容性的，當(dāng)w0，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(wú)窮大時(shí)。
電流同相，我們稱之為此時(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(shù)L和C決定的，這與外界條件無(wú)關(guān)。當(dāng)電源固定時(shí)，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(jì)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(shí)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(huì)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(jì)算方法：
(1)諧振定義：在電路中，當(dāng)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(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(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*能量交換是在諧振發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，釋放的磁能*轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能并儲(chǔ)存在電容中，而電容又在另一時(shí)刻放電，然后再轉(zhuǎn)化為電感儲(chǔ)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(zhuǎn)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。