串聯(lián)諧振原理解析

時間：2023-01-03作者：武漢正信電氣設(shè)備有限公司瀏覽：65

為什么串聯(lián)諧振交流耐壓試驗在發(fā)電機等設(shè)備的絕緣試驗中占據(jù)至關(guān)重要的地位，今天正信電氣來給大家解釋一下如何諧振及其原理。




01

什么是諧振




基本解釋

又稱“共振”。振蕩系統(tǒng)在周期性外力作用下，當(dāng)外力作用頻率與系統(tǒng)固有振蕩頻率相同或很接近時，振幅急劇增大的現(xiàn)象。

詳細解釋

無線電中調(diào)諧回路的振蕩頻率與無線電**臺的振蕩頻率相同時，就可以收到**臺的無線電波，這種現(xiàn)象叫做諧振。有時也稱共振。
諧振電路是具有電阻R、電感L、電容C的交流電路；電路的電壓與電流電路中的相位一般是不同的。

通過調(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。這種狀態(tài)時，稱為共振。

研究共振現(xiàn)象的目的一方面是為了了解這一客觀現(xiàn)象，充分利用科學(xué)技術(shù)*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。如下圖。

串聯(lián)諧振條件

并聯(lián)諧振條件

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，勵磁電源電路必須不斷地提供能量來補償電阻的熱消耗。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。




02

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。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)ω從零開始向∞變化時，X從﹣∞向﹢∞變化，在ω＜ω0時、X＜0，電路為容性；在ω＞ω0時，X＞0，電路為感性；在ω＝ω0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。

式1是串聯(lián)電路的諧振條件，從中可以得到諧振角頻率ω。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。




03

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)較大電流。電路中消耗的是較大的有功功率。

變頻串聯(lián)諧振計算方法：

z=r+jx，x=0，z=r，i=u/z=u/r

（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之間的完**量交換是在諧振發(fā)生時實現(xiàn)的。也就是說，釋放的磁能完全轉(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。

ZXBP(f)-108kVA108kV 串聯(lián)諧振試驗現(xiàn)場


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