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串联谐振原理在日常生活和生产实践中的具体运用

点击次数:158 更新时间:2023-08-07

特高压电力旗下的串联谐振可以帮助众多电力工作者更加方便的进行各类电力测试。

串联谐振的电路是何原理?(图1)

一、RLC串联谐振的基本表现 

在RLC串联电路中,电抗X的值决定电路的性质。当X>0时,电路呈感性;当X<0时,电路呈容性;当X=0时,电路呈阻性,电压和电流同相,电路的这种状态叫串联谐振。 

下面做两个实验,进一步验证串联谐振的典型现象,深入探究串联谐振的条件、特点、规律和具体运用。 

[实验1]: 

在实验电路中,保持电源电压不变,使电源的频率由低到高变化,我们可以观察到指示灯由暗逐渐变亮,当电源频率增大到一定数值时,指示灯的亮度达到最亮程度,继续增大电源频率,指示灯又逐渐变暗。 

[实验2]: 

在实验电路中,我们把电容C换成可调电容,保持电源电压和频率不变,改变可调电容C的大小,使其电容量由小逐渐变大,我们也能观察到指示灯由暗逐渐变亮,当可调电容增大到某一数值时,指示灯亮度达到,继续增大可调电容容量,指示灯又逐渐变暗。 

二、串联谐振的基本条件 

1、串联谐振的定义:在RLC串联电路中,当电路端电压和电流同相时,电路呈电阻性,电路的这种状态叫串联谐振。 

2、串联谐振的条件 

当电路处于串联谐振状态时,电路呈电阻性,有Z=[R\+2+(X\-L-XC)\+2]开方=R,根据X\-L=X\-C得,ωL=1/ωC,所以有f=f\-0=1/2π(LC)的开方。 

3、分析电路实现谐振的方法: 

(1)当电源频率一定时,可调节L或C的大小来实现谐振。 

(2)当电路参数L、C一定时,可改变电源频率来实现谐振。 

三、串联谐振的特点 

1、阻抗最小,且为纯电阻 

Z=[R\+2+(X\-L-X\-C)\+2]的开方=R。 

2、电路中电流最大,并与电源电压同相I=I\-0=U/R。 

3、电路两端电压等于总电压,电感和电容两端的电压相等,且相位相反,其大小为总电压的Q倍(电压谐振)。 

U\-L=I\-0X\-L=U/RX\-L=ω\-0LU/R=QU 

U\-C=I\-0X\-C=U/RX\-C=U/RCω\-o=QU 

其中,Q=ω\-0L/R=1/ω\-0CR=ρ/R 

Q为串联谐振电路的品质因数。 

深度分析:根据上式可知,减小电阻R的阻值,则电路消耗的能量就小,电路品质因数就高;增大线圈的电感量L,线圈储存的能量就多,在耗能一定时,电路的品质因数就高,说明电路的品质就好。 

4、当电路发生串联谐振时,电能仅供给电路中的电阻消耗,电源和电路间不发生能量转换,而电感与电容间磁场能和电场能的转换。 

四、串联谐振的实践及运用 

串联谐振电路常用来对交流信号进行选择,例如收音机中的选择电台信号,即调谐,就是利用了串联谐振原理;对讲机中的选择信号,也是利用谐振原理进行的;各种接收机中的选台都是利用了串联谐振的原理。 

1、选台原理: 

当外加电源u\-S的频率f=f\-0时,电路处于谐振状态,此时,电路中的总阻抗Z=R;当f≠f\-0时,称为电路处于失谐状态,若f<f\-0,则x\-lf\-0,则X\-L>X\-C,电路呈感性。 

2、通频带或频带宽度 

在实际应用中,规定把电流I范围在(0.707<i)

3、理论分析表明,串联谐振的通频带为B=Δf=f\-2-f\-1=f\-0/Q 

频率f在通频带以内(即f\-1<f<f\-2)的信号,可以在串联谐振电路中产生较大的电流,而频率f在通频带以为(即ff\-2)的信号,仅在串联谐振电路中产生很小的电流,因此谐振电路具有选频特性。 

4、Q值越大,说明电路的选择性越好,但频带较窄;反之,若频带越宽,则要求Q值越小,而选择性就越差;所以,选择性与频带宽度是相互矛盾的两个物理量。 

5、当感抗和容抗大于电阻,即X\-L=X\-C>R时,则U\-L和U\-C都高于电源电压,为电源电压的Q倍,如果电压过高,可能击穿线圈和电容器的绝缘层,造成安全隐患,因此,在电力工程中一般应避免发生串联谐振现象。 

6、在无线电工程上,常用串联谐振以获得较高的电压。如发生串联谐振,电容或电感元件上的电压常高于电源电压几十倍或上百倍,所以串联谐振又称为电压谐振。