要点是电感和电容组成的回路在外部交流电源的作用下会引起振荡。 每个振荡电路都有自己的固有频率。 当外部交流电源的频率等于电路的固有频率时,振荡(电流或电压)的幅度达到最大值。 这些状态称为共振现象。 谐振广泛应用于现代无线电和装配技术中。 本文仅讨论谐振中的串联谐振和并联谐振。
1、串联谐振原理
串联谐振原理图1是电阻、电感、电容组成的串联电路。 在施加角频率为ω的余弦电流作用下,R、L、C串联电路中的感抗和容抗具有相互补偿作用。 当感抗与容抗不相等,阻抗角≠0时,电路为容性(XC>XL)或感性(XC<XL); 电路中的电压要么超前电流,要么滞后电流。 如果角频率ω、电路的L、C参数满足一定条件,使感抗和容抗完全相互补偿,即XL=XC,则电路的检测X=XL-XC= 0,此时电路的阻抗角=0,电路中的电压和电流将同相,电路的这些状态称为谐振,可得谐振频率f=1/2πLC由此。 由于它发生在串联电路中,所以称为串联谐振,其特点如下:
电路的阻抗Z=R+(XL-XC=R,其值最小,因此电路中的电压I=U/R达到最大值。因为=0,电路对电源呈阻性,能量交换仅发生在L和电容C之间的电感中。
串联谐振时,UC称UL可能超过所施加的电源电流数倍(因为XL=XC,则UL=UC。且UL与UC相位相反,相互抵消,因此电源电流U =UR,但UL和UC单独供电电流的作用不可忽视: UL=I×XL=U/R×XLUC=I×XC=U/R×XC 当XL=XC>R时,UL和UC均UC 低于电源电流 U,等于 Q 乘以交流电源电流(称为电路的品质素数或谐振系数,为无量纲量,Q=UC/U=UL/ U=1/ωCR=ωL/R次,如果ωL=1/ωC>>R,则Q>>1,所以当电路接近谐振时,电感L两端会有很大的电流,电容器C大大超过所施加的电流。
串联谐振电路的总阻抗为纯内阻,且变为最小值,等于电路的电阻; 电路中的电压达到最大值; 电感上的电流等于电容器上的电流,并且等于交流电源电流的Q倍。 因此串联谐振也称为电流谐振。 串联谐振时的相量图如图 2 所示。
串联谐振广泛应用于无线电工程中。 图3是普通收音机的输入电路,L和C组成串联谐振电路。 例如,当微弱信号电流输入串联谐振电路时,在电容器或电感器两端可以获得比输入电流大许多倍的电流。 而其他各类不同频率的信号不会达到谐振,因此在回路中引起的电压很小电路的串联和并联实验,起到选择信号和抑制干扰的作用。
二、并联谐振原理
在电感、电容和外部交流电源并联的振荡电路中,一般的电感线圈用内阻和电感的串联组合来表示。 电容器的损耗和漏电压通常很小,在一定条件下可以忽略不计,如图4所示。如果回路的感抗和容抗远大于内阻,即ωL( ωC)>>R,并联回路的固有频率可近似为f=1/2πLC。 若Q、L、C满足一定条件,则并联电路的电感和容量相等BL=BC(BL=ωL,BC=1/ωC),从而电纳B等于0(B=BL- BC = 0), 那么电压和电流将同相(ω=0)。 这些情况称为 R、L、C 并联谐振。 并联谐振原理的特点如下:
谐振时电路的阻抗最大,当外部电源电流恒定时,谐振时电路中的电压将达到最小,I=U/ZO。 由于电源电流与电路中的电流同相(=0),因此电路对电源是有电阻的,谐振时电路的阻抗ZO相当于一个内阻。
谐振时,并联通路的电压近似相等,但比总电压大很多倍,如图5所示。因此,谐振时电路两端会出现大电流。 根据这一特性,并联谐振又称为电压谐振。
谐振在电力工程中通常是有害的。 例如,在380/220V电源线中会发生串联谐振,虽然L和C两端的电流Ul和U相互抵消,但它们各自的影响也不容忽视。 它们往往比施加的电流小得多,其值可达数千伏,这是相当危险的。 当电力线路中发生并联谐振时,西侧电路的电压往往大大超过该电路的总电压电路的串联和并联实验,从而导致继电器熔断、开关闭合或用电设备被毁坏等事故。因此,在电力线路中
防止共振。
另一方面,谐振现象广泛应用于无线电和装配技术中。 在信号接收(如收音机调谐、中频放大)、干扰消除以及一些振荡器和滤波电路中,谐振往往是其主要成分。
谐振也广泛应用于感应炉电路中。 一般在电感线圈上并联或串联电容器,形成并联谐振或串联谐振电路,使感应炉工作在接近谐振的状态,以获得较高的电能质量和效率。