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串聯(lián)諧振產(chǎn)生諧振原理解析

更新時間:2024-06-19   點(diǎn)擊次數(shù):211次

諧振電路在具有電阻R、電感L和電容C元件的交流電路中,電路兩端的電壓與其中電流位相一般是不同的,如果我們調(diào)節(jié)電路元件(L或C)的參數(shù)或電源頻率,可以使它們位相相同,整個電路呈現(xiàn)為純電阻性,電路達(dá)到這種狀態(tài)稱之為諧振。在諧振狀態(tài)下,電路的總阻抗達(dá)到極值或近似達(dá)到極值,研究諧振的目的就是要認(rèn)識這種客觀現(xiàn)象,并在科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)上充分利用諧振的特征,同時又要預(yù)防它所產(chǎn)生的危害,按電路聯(lián)接的不同,有串聯(lián)諧振(也稱為串聯(lián)變頻諧振)和并聯(lián)諧振兩種。

  串聯(lián)諧振時,電感電壓與電容電壓等值異號,即電感電容吸收等值異號的無功功率,使電路吸收的無功功率為0,電場能量和磁場能量都在不斷變化,但此增彼減,互相補(bǔ)償,這部分能量在電場和磁場之間振蕩,全電路電磁場能量總和不變,激勵供給電路的能量全轉(zhuǎn)化為電阻發(fā)熱,為了維持振蕩,激勵必須不斷供給能量補(bǔ)償電阻的發(fā)熱消耗,與電路中總的電磁場能量相比每振蕩一次電路消耗的能量越少,電路的品質(zhì)越好。

  諧振的原理

  先說諧振的產(chǎn)生。諧振是有R、L、C元件組成的電路在一定條件下的一種特殊現(xiàn)象。我們先帶領(lǐng)大家一起來分析R、L、C串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件和諧振時電路的特征。如圖1所示,R、L、C串聯(lián)電路在正弦電壓∪的作用下:其復(fù)阻抗為:

  式中,電抗X=X1-Xc是角頻率w的函數(shù),X隨w變化的情況如圖2所示。當(dāng)w從零開始向∞變化時,X從-∞向+∞變化,在w《w0時,X《0時,電路為容性。在w》W0時,X》0時,電路為感性。在w=W0時,此時,電路阻抗Z(w0)=R為純電阻。電壓和電流同相,我們將電路此時的工作狀態(tài)稱為諧振。由于這種諧振發(fā)生在RLC串聯(lián)電路中,我們又可以稱為串聯(lián)諧振。公式1就是串聯(lián)電路發(fā)生的諧振條件, 由此可得諧振角頻率w。如下圖:

  諧振頻率為

  由此可見,串聯(lián)電路的諧振頻率是由電路自身參數(shù)l,C決定的,與外部條件無關(guān)。當(dāng)電源一定時,可以調(diào)節(jié)L,C使電路固有頻率與電源頻率一致而發(fā)生諧振。

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