串联谐振的原理

发布日期：2020-06-03　点击：3810次

串联谐振交流耐压试验在发电机绝缘试验中占据至关重要的地位，谐振电路往往是在交流电路中出现，其中此交流电路中一定要具有电阻R、电感L、一级电容C。

通常情况下，电路的电压和电流与相位是不一样的。要是我们对电路元件即L或者C，以及电源频率的参数进行调整的时候，那么一整个电路将会呈现是纯电阻，那么这种情况我们就称之为共振。很多人研究这种现象就是为了解释它，然后去预防它。

众多电力前辈根据电路连接的不同，将其划分为串联谐振以及并联谐振。

我们先来说第一种情况：串联谐振

这种情况电感电压和电容电压是等价的，也就是说当电感电容吸收不同数目的等效无功率时，电路吸收的无功率就会为零。

再换句话说就是电场能量和磁场能量并不是固定的和不变的，而是处于不断变化中的，而这些能量在电场和磁场中震荡，并不会导致整个电磁场能量的流失，而是使它保持不变。

这时励磁电源电路的能量就会转化而成电阻加热，它将持续提供能量去弥补电阻消耗的能量，从而维持震荡。振荡电路消耗的能量与电路的质量成反比，消耗越小，那么，质量也就越好。

串联谐振的原理

谐振就是在由R、L和C元件组成的电路的情况下发生的特殊现象。因此，它们三者之间有割舍不掉的联系，当C系列的电路出现谐振现象时，第一步就要分析出电路的特性，如下图中C系列电路的复阻抗在正弦电压作用下时，电路的复阻抗就可以根据下图得出。

在上图的公式中，电抗x=x1 xc是角频率w的函数，x随w的变化上曲线图中所表现出来的一样。当w从0变为如图2所示，x从-变为+如W所示，当w 0，当x是电容性的，当w 0，当x是电感性的，当w=w0，当阻抗z（w0）=r是纯电阻、电压和无穷大时。电流同相，我们称之为此时电路谐振的工作状态。由于这种共振发生在RLC串联电路中，我们也可以称之为串联谐振、串联谐振电路等。式1是串联电路的谐振条件，从中可以得到谐振角频率w。如下式：

谐振频率为：

综上所述，串联电路的谐振频率和它本身的电感L以及一级电容C相关，比如电源是固定的时候，我们就可以对L、C进行调节，这样就可以致使电路中共振的产生。

变频串联谐振的计算方法

变频串联谐振就是研究在串联的电路中，当电压和电流已经是同一相位的情况下，也就是说电路中的电感电抗和电容电抗是相等的，这里包括值的相等和时间的相等，可以将我们要研究的电路呈现出一种纯的电阻特性。这时，我们要研究的电路中也会出现最大电流，消耗的也是最大的有功功率。

变频串联谐振具体的计算公式如下所示：

z=r+jx，x=0，z=r，i=u/z=u/r

串联谐振电路应具备的条件如下：

（1）什么是谐振？前面说了，在一个电路中，要是存在两个元件的能量由电路中的一个电抗模块释放时，且另一个电抗模块也必须吸收相同的能量，那么这两个元件的能量相等，也就是说它们之间会存在能量脉动。

（2）产生共振的前提条件就是：电路中必须存在电感L和电容C。

（3）无论是串联谐振还是并联谐振，L和C这两个元件之间的一对一能量交换是在谐振发生时完全可以被实现的。

（4）在串联谐振电路中，由于串联L、C流过相同的电流，所以能量交换是通过电压极性的变化进行的；在并联电路中，L、C的两端是相同的电压，因此能量转换是两个元件的相反的电流相位。

（5）电感和电容仍然是共振中的两个分量，否则能量就不能交换；但从等效阻抗的角度看，它们变成了一个分量：零电阻或无限电阻。