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,都会惹起振荡。每一个振荡回路都有自己的固有频度,当外加交流电源的频度等于回路的固有频度时,振荡的幅度(电流或电压)达到最大值,这些状态称为谐振现象。谐振在现代无线电与钳工技术中的应用极为广泛,本文仅对谐振中的串联谐振和并联谐振作探讨。
一、串联谐振原理
串联谐振原理图1是阻值、电感和电容组成的串联电路,在外施角频度为ω的余弦电流作用下,R、L、C串联电路中的感抗和容抗有互相补偿的作用,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);电路中的电压或则超前电流,或则滞后电流。假如角频度ω、电路的L和C参数满足一定的条件,使感抗和容抗完全互相补偿,即XL=XC,则电路的检波X=XL-XC=0,此时电路的阻抗角=0,电路中的电压和电流都会出现同相位的情况,电路的这些状态就称为谐振,并由此得出谐振频度f=1/2πLC。由于发生在串联电路中,故称为串联谐振,其特征如下:
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电容串联和并联图片,一般电感线圈是用内阻和电感的串联组合来表示的,电容器的耗损及漏电压通常很小,在一定条件下可忽视不计,如图4。假如回路的感抗和容抗比内阻大得多,即ωL(ωC)>>R,并联回路的固有频度可近似为f=1/2πLC。假如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),因而使电纳B等于零(B=BL-BC=0),则电压与电流将同相(ω=0),这些情况称为R、L、C并联谐振,并联谐振原理其特征如下:
谐振时电路的阻抗最大电容串联和并联图片,在外施电源电流一定的情况下,电路中的电压将在谐振时达到最小值,I=U/ZO。因为电源电流与电路中电流同相(=0),因而,电路对电源呈现阻性,谐振时电路的阻抗ZO相当于一个内阻。
谐振时并联大道的电压近似相等,而比总电压大许多倍,如图5所示。所以谐振时电路两端会呈现高电流,按照这一特性,并联谐振亦称为电压谐振。
谐振在电力工程中常常是有害的。诸如在380/220V电力线路中发生串联谐振,虽然L和C两端的电流Ul和U。互相抵消,但其单独作用不可忽略,它们常常远远小于外加电流,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,西路电压常常大大超过电路总电压,导致继电器熔断、开关合闸或毁坏电气设备的车祸。所以电力线路中要
防止发生谐振。
另一方面,谐振现象在无线电和钳工技术中得到广泛应用,在讯号接收(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,谐振常常是其主要组成部份。
谐振在感应炉电路中也得到了广泛应用。一般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质数和效率。
电路的阻抗Z=R+(XL-XC=R,其值最小,因此电路中的电压I=U/R达到最大值。因为=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流多倍(因为XL=XC,则UL=UC。而UL与UC在相位上相反、互相抵消,因此电源电流U=UR,但UL和UC的单独作用不容忽略:UL=I×XL=U/R×XLUC=I×XC=U/R×XC当XL=XC>R时,UL和UC都低于电源电流U,等于交流电源电流的Q倍(称为电路的品质质数或共振系数,是一个无量纲的量,Q=UC/U=UL/U=1/ωCR=ωL/R倍,假如ωL=1/ωC>>R,则Q>>1,因此电路接近谐振时,电感L和电容C两端会出现大大超过外施电流的高电流。
串联谐振回路总阻抗是纯内阻,并且变到最小值,等于回路的阻值;回路中的电压达到最大值;电感上的电流等于电容上的电流,而且等于交流电源电流的Q倍。因而串联谐振也称作电流谐振。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。诸如当微弱的讯号电流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流大许多倍的电流。而其他各类不同频度的讯号因为没有达到谐振,故而在回路中造成的电压很小,这样就起到了选择讯号和抑制干扰的作用。