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(知識點)串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振作淺析的區(qū)別

2023-07-01 09:02:40課外拾零112

要點是電感和電容組成的回路在外部交流電源的作用下會引起振蕩。 每個振蕩電路都有自己的固有頻率。 當外部交流電源的頻率等于電路的固有頻率時,振蕩(電流或電壓)的幅度達到最大值。 這些狀態(tài)稱為共振現(xiàn)象。 諧振廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代無線電和裝配技術(shù)中。 本文僅討論諧振中的串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1、串聯(lián)諧振原理E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

串聯(lián)諧振原理圖1是電阻、電感、電容組成的串聯(lián)電路。 在施加角頻率為ω的余弦電流作用下,R、L、C串聯(lián)電路中的感抗和容抗具有相互補償作用。 當感抗與容抗不相等,阻抗角≠0時,電路為容性(XC>XL)或感性(XC<XL); 電路中的電壓要么超前電流,要么滯后電流。 如果角頻率ω、電路的L、C參數(shù)滿足一定條件,使感抗和容抗完全相互補償,即XL=XC,則電路的檢測X=XL-XC= 0,此時電路的阻抗角=0,電路中的電壓和電流將同相,電路的這些狀態(tài)稱為諧振,可得諧振頻率f=1/2πLC由此。 由于它發(fā)生在串聯(lián)電路中,所以稱為串聯(lián)諧振,其特點如下:E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

電路的阻抗Z=R+(XL-XC=R,其值最小,因此電路中的電壓I=U/R達到最大值。因為=0,電路對電源呈阻性,能量交換僅發(fā)生在L和電容C之間的電感中。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

串聯(lián)諧振時,UC稱UL可能超過所施加的電源電流數(shù)倍(因為XL=XC,則UL=UC。且UL與UC相位相反,相互抵消,因此電源電流U =UR,但UL和UC單獨供電電流的作用不可忽視: UL=I×XL=U/R×XLUC=I×XC=U/R×XC 當XL=XC>R時,UL和UC均UC 低于電源電流 U,等于 Q 乘以交流電源電流(稱為電路的品質(zhì)素數(shù)或諧振系數(shù),為無量綱量,Q=UC/U=UL/ U=1/ωCR=ωL/R次,如果ωL=1/ωC>>R,則Q>>1,所以當電路接近諧振時,電感L兩端會有很大的電流,電容器C大大超過所施加的電流。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

串聯(lián)諧振電路的總阻抗為純內(nèi)阻,且變?yōu)樽钚≈?,等于電路的電阻?電路中的電壓達到最大值; 電感上的電流等于電容器上的電流,并且等于交流電源電流的Q倍。 因此串聯(lián)諧振也稱為電流諧振。 串聯(lián)諧振時的相量圖如圖 2 所示。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

串聯(lián)諧振廣泛應(yīng)用于無線電工程中。 圖3是普通收音機的輸入電路,L和C組成串聯(lián)諧振電路。 例如,當微弱信號電流輸入串聯(lián)諧振電路時,在電容器或電感器兩端可以獲得比輸入電流大許多倍的電流。 而其他各類不同頻率的信號不會達到諧振,因此在回路中引起的電壓很小電路的串聯(lián)和并聯(lián)實驗,起到選擇信號和抑制干擾的作用。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

二、并聯(lián)諧振原理E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在電感、電容和外部交流電源并聯(lián)的振蕩電路中,一般的電感線圈用內(nèi)阻和電感的串聯(lián)組合來表示。 電容器的損耗和漏電壓通常很小,在一定條件下可以忽略不計,如圖4所示。如果回路的感抗和容抗遠大于內(nèi)阻,即ωL( ωC)>>R,并聯(lián)回路的固有頻率可近似為f=1/2πLC。 若Q、L、C滿足一定條件,則并聯(lián)電路的電感和容量相等BL=BC(BL=ωL,BC=1/ωC),從而電納B等于0(B=BL- BC = 0), 那么電壓和電流將同相(ω=0)。 這些情況稱為 R、L、C 并聯(lián)諧振。 并聯(lián)諧振原理的特點如下:E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

諧振時電路的阻抗最大,當外部電源電流恒定時,諧振時電路中的電壓將達到最小,I=U/ZO。 由于電源電流與電路中的電流同相(=0),因此電路對電源是有電阻的,諧振時電路的阻抗ZO相當于一個內(nèi)阻。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

諧振時,并聯(lián)通路的電壓近似相等,但比總電壓大很多倍,如圖5所示。因此,諧振時電路兩端會出現(xiàn)大電流。 根據(jù)這一特性,并聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

諧振在電力工程中通常是有害的。 例如,在380/220V電源線中會發(fā)生串聯(lián)諧振,雖然L和C兩端的電流Ul和U相互抵消,但它們各自的影響也不容忽視。 它們往往比施加的電流小得多,其值可達數(shù)千伏,這是相當危險的。 當電力線路中發(fā)生并聯(lián)諧振時,西側(cè)電路的電壓往往大大超過該電路的總電壓電路的串聯(lián)和并聯(lián)實驗,從而導(dǎo)致繼電器熔斷、開關(guān)閉合或用電設(shè)備被毀壞等事故。因此,在電力線路中E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

防止共振。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

另一方面,諧振現(xiàn)象廣泛應(yīng)用于無線電和裝配技術(shù)中。 在信號接收(如收音機調(diào)諧、中頻放大)、干擾消除以及一些振蕩器和濾波電路中,諧振往往是其主要成分。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

諧振也廣泛應(yīng)用于感應(yīng)爐電路中。 一般在電感線圈上并聯(lián)或串聯(lián)電容器,形成并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振電路,使感應(yīng)爐工作在接近諧振的狀態(tài),以獲得較高的電能質(zhì)量和效率。E2N物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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