浅析串联谐振原理和并联谐振原理

发布日期：2021-04-26　点击：3482次

四方国瑞电力导读：串联谐振和并联谐振的区别与关系？重点是电感和电容组成的回路，在外加交流电源的作用下，就会激起振荡，每一个振荡回路都有自己的固有频率，当外加交流电源的频率等于回路的固有频率时，振荡的幅度（电压或电流）达到最大值，这种状态称为谐振现象，谐振在现代无线电与电工技术中的应用极为广泛，串联谐振四方国瑞电力本文仅对谐振中的串联谐振和并联谐振作浅析，

串联谐振原理图1是电阻、电感和电容组成的串联电路，在外施角频率为ω的正弦电压作用下，R、L、C串联电路中的感抗和容抗有相互补偿的作用，感抗和容抗不相等时，阻抗角≠0，电路呈容性（XC＞XL）或感性（XC＜XL）。电路中的电流或者超前电压，或者滞后电压，如果角频率ω、电路的L和C参数满足一定的条件，使感抗和容抗完全相互补偿，即XL=XC，则电路的电抗X＝XL－XC＝0，此时电路的阻抗角＝0，电路中的电流和电压就会出现同相位的情况，电路的这种状态就称为谐振，并由此得出谐振频率f＝1/2πLC，因为发生在串联电路中，故称为串联谐振，其特点如下：


电路的阻抗Z＝R＋（XL－XC＝R，其值最小，因而电路中的电流I＝U／R达到最大值，由于＝0，电路对电源呈现阻性，能量的互换只发生在电感L与电容C之间，

串联谐振时UC称UL可能超过外加的电源电压多倍（由于XL=XC，则UL=UC，而UL与UC在相位上相反、互相抵消，因而电源电压U=UR，但UL和UC的单独作用不容忽视：UL＝I×XL＝U／R×XLUC＝I×XC＝U／R×XC当XL＝XC＞R时，UL和UC都高于电源电压U，等于交流电源电压的Q倍（称为电路的品质因数或共振系数，是一个无量纲的量，Q＝UC／U＝UL／U＝1／ωCR＝ωL／R倍，如果ωL＝1／ωC＞＞R，则Q＞＞1，因而电路接近谐振时，电感L和电容C两端会出现大大超过外施电压的高电压，

串联谐振回路总阻抗是纯电阻，而且变到最小值，等于回路的电阻。回路中的电流达到最大值。电感上的电压等于电容上的电压，并且等于交流电源电压的Q倍，因此串联谐振也叫做电压谐振，串联谐振时的相量图如图2所示，

串联谐振在无线电工程中的应用较为广泛，图3是普通收音机的输入电路，L与C组成串联谐振电路，例如当微弱的信号电压输入到串联谐振回路后，在电容或电感两端可以获得一个比输入电压大许多倍的电压，而其他各种不同频率的信号由于没有达到谐振，故而在回路中引起的电流很小，这样就起到了选择信号和抑制干扰的作用，

二、并联谐振原理

在电感、电容和外加交流电源相并联的振荡回路，通常电感线圈是用电阻和电感的串联组合来表示的，电容器的损耗及漏电流一般很小，在一定条件下可忽略不计，如图4，如果回路的感抗和容抗比电阻大得多，即ωL（ωC）＞＞R，并联回路的固有频率可近似为f＝1／2πLC，如果Q、L、C达到一定条件，使并联电路的感纳和容纳相等BL＝BC（BL＝ωL，BC＝1／ωC），从而使电纳B等于零（B＝BL－BC＝0），则电流与电压将同相（ω＝0），这种情况称为R、L、C并联谐振，并联谐振原理其特点如下：

谐振时电路的阻抗最大，在外施电源电压一定的情况下，电路中的电流将在谐振时达到最小值，I＝U／ZO，由于电源电压与电路中电流同相（＝0），因此，电路对电源呈现阻性，谐振时电路的阻抗ZO相当于一个电阻，

谐振时并联支路的电流近似相等，而比总电流大许多倍，如图5所示，所以谐振时电路两端会呈现高电压，根据这一特点，并联谐振也称为电流谐振，

 

谐振在电力工程中往往是有害的，例如在380/220V电力线路中发生串联谐振，尽管L和C两端的电压Ul和U，相互抵消，但其单独作用不可忽视，它们往往远远大于外加电压，数值可达数千伏，这是相当危险的，当电力线路发生并联谐振时，支路电流往往大大超过电路总电流，造成熔断器熔断、开关跳闸或烧毁电力设备的事故，所以电力线路中要避免发生谐振。
 

另一方面，谐振现象在无线电和电工技术中得到广泛应用，在信号接收（如收音机调谐、中频放大)、消除干扰及一些振荡器、滤波器电路中，谐振往往是其主要组成部分。
 

谐振在感应炉电路中也得到了广泛应用，通常遮感应器线圈上要并联或串联电容器，以组成并联谐振或串联谐振电路，使感应炉工作在近于谐振状态，以求获得比较高的功率因数和效率，