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串联谐振和并联谐振的特点及应用

时间:2021-11-05 17:31 来源:未知

在含有电阻电感电容的交流电路中,电路两端电压与其电流一般是不同相的,若调节电路参数或电源频率使电流与电压同相,电路呈现纯电阻性,这时电路的工作状态称为谐振。谐振现象是正弦交流电路的一种特定现象,它在电子和通讯工程中得到广泛应用,但在电力系统中,发生谐振有可能破坏系统的正常工作。谐振通常分为串联谐振和并联谐振。

一、串联谐振

1、串联谐振的概念

在电阻、电感和电容组成的串联电路中,当容抗XC与感抗XL相等时,感抗和容抗的作用互相抵消,电路呈现纯电阻性(Z=√R2+(XL-Xc)2=√R2+0=R),通过电路的电流与电路两端的电压同相,串联电路出现的这种现象称为串联谐振。当电路发生串联谐振时电路中总阻抗最小,电流将达到最大值。在电感和电容上可能产生比电源电压大很多倍的高电压,因此串联谐振也称电压谐振。


2、串联谐振的特点

1)电路总阻抗Z=R,Z最小,而电流达到最大值(I=U/R)。
2)电感和电容上的电压UL=Uc,当XL=Xc≫R时,UL=Uc将大大超过电源电压U,即UL=Uc≫U,L和C处在高电压下,可能导致L、C的电击穿,对设备的运行不利。

3)因为QL=Qc,所以cosφ=1,QL与Qc不经过电源而在电容与电感之间直接进行能量的交换。当电感需要QL时,正好电容输出Qc,反之亦然。

4)电路的谐振频率f0为

f0=1/2π√LC 。在L和C已定的情况下,当电源频率f=f0时,就会发生串联谐振。

3、串联谐振的应用

1)串联谐振装置是运用串联谐振原理设计的最新型交流耐压试验设备。一套串联谐振耐压试验设备,可兼顾电力变压器、交联电缆、开关柜、电动机发电机、GIS和SF6开关、母线、套管、CT、PT等试品的交流耐压试验,是全能型的交流耐压设备。

2)利用串联谐振产生工频高电压,应用在高电压技术中,为变压器等电力设备做耐压试验,可以有效的发现设备中危险的集中性缺陷,是检验电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法。

3)在收音机中,常利用串联谐振电路来选择电台信号,这个过程叫做调谐。各种不同频率信号的电波在天线上产生不同频率的电信号,如果振荡电路对某一信号频率发生谐振时,回路中该信号的电流最大,在电容器两端产生一个高于此信号电压数倍的电压。而对于其它各种频率的信号,因为没有发生谐振,在回路中电流很小,从而被电路抑制掉。所以可以通过改变电容C,以改变回路的谐振频率来选择所需要的电台信号。

二、并联谐振

1、并联谐振的概念

在电阻、电容和电感组成的并联电路中,当Q=QL-Qc=0时,电路的电压U与总电流I同相,cosφ=1,整个电路呈现纯电阻性,并联电路出现的这种现象称为并联谐振。并联谐振是一种完全的补偿,电源无需提供无功功率,只提供电阻所需要的 有功功率。谐振时电路的总电流最小,而各支路的电流往往大于电路的总电流,因此并联谐振也称为电流谐振。


2、并联谐振的特点

1)电路的总电流I=I1cosφ1=I1p为最小。

2)电感支路与电容支路的I1sinφ1=Ic。由于这两个电流大小相等、相位相反,在电路进入稳态后,它们可以自己互相交换而不需再向电源索取,并且当

Xc=(R2+X2L)/XL≪(R2+X2L)/R时,这两条支路的电流I1和Ic会大大超过电路总电流I。

3)电路的功率因数cosφ=1,电源只供给有功功率,L和C所需的无功功率,在L与C之间(不经电源)相互交换。

4)电路的谐振频率f0,在R=0时,为f0=1/2π√LC 

3、并联谐振的应用

1)并联谐振现象在电子技术中常被用作振荡器、选频放大器。

2)利用并联谐振的原理,可以补偿和改善设备或电路的功率因数。例如用电容器以补偿或改善感性负载的功率因数;用电感线圈以补偿或改善容性负载的功率因数。

3)发生并联谐振时,在电感和电容元件中流过很大的电流,因此会造成电路的熔断器熔断或烧毁电气设备的事故;但在无线电工程中往往用来选择信号和消除干扰。

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