首页 > 新闻中心 > 服务支持<
一、谐振的概念
大家应该都听所过这样一个故事: 18世纪中叶,法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过。当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时,桥梁突然断裂,造成226名官兵和行人丧生。因为大队士兵迈正步走的频率正好与大桥的固有频率一致,使桥的振动加强,当它的振幅达到最大以至超过桥梁的抗压力时,桥就断了。类似的事件还发生在俄国和美国等地。鉴于成队士兵正步走过桥时容易造成桥的共振,所以后来各国都规定大队人马过桥,要便步通过。
在物理学里,有一个概念叫共振:当策动力的频率和系统的固有频率相等时,系统受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。
电路里的谐振其实也是这个意思:当电路中激励的频率等于电路的固有频率时,电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上,共振和谐振表达的是同一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法而已。
二、谐振电路
由电感L和电容C组成的,可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路,统称为谐振电路。即含有电感和电容的电路,如果无功功率得到完全补偿,使电路的功率因数等于1(U、I同相),则称此电路处于谐振状态。
谐振电路分为串联谐振和并联谐振。串联谐振电路为L与C串联时U、I同相;并联谐振为L与C并联时U、I同相。
1、LC串联谐振电路
如上图所示为LC串联谐振电路,在可变频的正弦电压源U激励下,由于感抗、容抗随频率变动,所以,电路中的电压、电流响应亦随频率变动。根据相量法,电路的输入阻抗Z可表示为
Z=R+j(ωL-1/ωC)
可以看出,由于串联电路中同时存在着电感L和电容C,两者的频率特性不仅相反(感抗与ω成正比,而容抗与ω成反比),而且直接详见(电抗角差180°)。可以肯定,一定存在一个角频率ω0,使得感抗和容抗相互完全抵消。
即ω0L-1/ω0C=0
这只有在电感和电容同时存在时,上述条件才能满足。又上式克制电路发生谐振的角频率ω0和频率f0为:
ω0=1/√(LC) f0=1/2π√(LC)
可以看出,LC串联电路的谐振频率只有1个,而且,仅与电路中L、C有关,与电阻R无关。ω0(或f0)称为电路的固有频率。因此,只有当输入信号U的频率与电路的固有频率相同时,才能在电路中激起谐振。
谐振时,L、C串联端口相当于短路,但UL、UC分别都不等于零,两者模值相等且反向,相互完全抵消。根据这一特点,串联谐振又称为电压谐振。此外。工程上将式中的壁纸ω0L/R=1/ω0CR定义为谐振电路的品质因数Q,即
Q=ω0L/R=1/ω0CR=1/R*√(L/C)
LC串联谐振电路的特点
(1)谐振时,电路阻抗最小,且为纯电阻;
(2)谐振时,电路的电抗为零,感抗与容抗相等并等于电路的特性阻抗;
(3)当电源电压一定时,谐振电流最大;
(4)电路在谐振时,电容上的电压与电感L上的电压相位相反、大小相等,都等于电源电压的Q倍(Q为电路品质因数)。
2、LC并联谐振电路
并联谐振的定义与串联谐振的定义相同,即在端口上的电压U与输入电流I同相时的工作状况称为谐振。分析方法与LC串联电路相同,并联谐振条件为ω0C-1/ω0L=0,可得
ω0=1/√(LC) f0=1/2π√(LC)
并联谐振时有IL+IC=0(所以并联谐振又称电流谐振)
LC并联谐振电路的特点
(1)谐振时,回路的阻抗最大,且Z=R;
(2)谐振时的回路端电压最大,且与激励源同相;
(3)电路在谐振时,电容之路和电感之路的电流几乎大小相等、相位相反。二者的大小近似等于激励电源的Q倍。
三、谐振电路的应用
收音机利用的就是谐振现象。转动收音机的旋钮时,就是在变动里边的电路的固有频率。在某一点,电路的频率和空气中原来不可见的电磁波的频率相等起来,于是,它们发生了谐振。远方的声音从收音机传出来。这声音就是谐振的产物。
还比如电视机的中频抑制回路(串联谐振)、滤除干扰频率(并联谐振)、安装在电网与电灯之间的电子镇流器等等。
四、谐振的危害
在电力系统中,电网参数的不利组合及其他原因,都可能引起系统中电磁能量的瞬间突变,形成谐振过电压。中试控股集团谐振过电压分为线性过电压和非线性过电压(也称铁磁谐振过电压)两种。当谐振发生时,其电压幅值高、变化速度快、持续时间长,轻则影响设备的安全稳定运行;重则可使开关柜爆炸、炸毁设备,甚至造成大面积停电等严重事故。
上一篇:电力电缆的原因及故障点特征分类
下一篇:继电保护测试仪产品质量如何定义
快速跳转