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串聯(lián)諧振知識(shí)總結(jié)

發(fā)布時(shí)間:2013-09-10
 串聯(lián)諧振知識(shí)總結(jié)
       
串聯(lián)諧振:在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路內(nèi),當(dāng)容抗XC與感抗XL相等時(shí),即XCXL,電路中的電壓U與電流I的相位相同,電路呈現(xiàn)純電阻性,這種現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),電路的阻抗Z=√R2+XC-XL2=R,電路中總阻抗*小,電流將達(dá)到*大值,電抗元件上的電壓*高,所以又稱為電壓諧振。。
生活中的許多地方都運(yùn)用串聯(lián)諧振的原理。如變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置就是運(yùn)用串聯(lián)諧振的原理設(shè)計(jì)的。變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置由變頻電源、勵(lì)磁變壓器、電抗器和電容分壓器組成。被試品的電容與電抗器構(gòu)成串聯(lián)諧振連接方式;分壓器并聯(lián)在被試品上,用于測(cè)量被試品上的諧振電壓,并作過壓保護(hù)信號(hào);調(diào)頻功率輸出經(jīng)勵(lì)磁變壓器耦合給串聯(lián)諧振回路,提供串聯(lián)諧振的激勵(lì)功率。
      
明確名詞::阻抗包括電阻、容抗、感抗,電抗指的是電感,可以狹義理解為這樣。

但實(shí)際上不是,兩者有所區(qū)別。

 
電抗器與電感器,是兩個(gè)即相互聯(lián)系又幾乎完全不同的兩個(gè)概念.
 
雖然電感器也可以叫電感器,但是二者的應(yīng)用領(lǐng)域以及工作原理是完全不同的,以下介紹電抗器與電感器的區(qū)別:
 
首先來認(rèn)識(shí)一下電感器 :
 
電感器是用絕緣導(dǎo)線繞制的各種線圈稱為電感器,簡(jiǎn)稱為電感。電感器也是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來的元件。

  電感的兩個(gè)*主要的作用就是濾波(通直流,阻交流)和儲(chǔ)能。
 
電感器的結(jié)構(gòu)類似于變壓器,但只有一個(gè)繞組。如果電感器中沒有電流通過,則它阻止電流流過它;如果有電流流過它,則電路斷開時(shí)它將試圖維持電流不變。電感器又稱扼流器、電抗器。
 
電感器是一種常用的電子元器件。當(dāng)電流通過導(dǎo)線時(shí),導(dǎo)線的周圍會(huì)產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng),并在處于這個(gè)電磁場(chǎng)中的導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)——自感電動(dòng)勢(shì),我們將這個(gè)作用稱為電磁感應(yīng)。為了加強(qiáng)電磁感應(yīng),人們常將絕緣的導(dǎo)線繞成一定圈數(shù)的線圈,我們將這個(gè)線圈稱為電感線圈或電感器,簡(jiǎn)稱為電感。
 
電感器具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性。直流信號(hào)通過線圈時(shí)的電阻就是導(dǎo)線本身的電阻壓降很小;當(dāng)交流信號(hào)通過線圈時(shí),線圈兩端將會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),自感電動(dòng)勢(shì)的方向與外加電壓的方向相反,阻礙交流的通過,所以電感器的特性是通直流、阻交流,頻率越高,線圈阻抗越大。電感器在電路中經(jīng)常和電容器一起工作,構(gòu)成LC濾波器、LC振蕩器等。另外,人們還利用電感的特性,制造了阻流圈等。
 
 
在電子設(shè)備中,我們經(jīng)??梢钥吹接性S多磁環(huán)與連接電纜構(gòu)成一個(gè)電感器(電纜中的導(dǎo)線在磁環(huán)上繞幾圈作為電感線圈),它是電子電路中常用的抗干擾元件,對(duì)于高頻噪聲有很好的屏蔽作用,故被稱為吸收磁環(huán)。磁環(huán)在不同的頻率下有不同的阻抗特牲。一般在低頻時(shí)阻抗很小,當(dāng)信號(hào)頻率升高后磁環(huán)的阻抗急劇變大。
 
大家都知道,信號(hào)頻率越高,越容易輻射出去,而一般的信號(hào)線都是沒有屏蔽層的,這些信號(hào)線就成了很好的天線,接收周圍環(huán)境中各種雜亂的高頻信號(hào),而這些信號(hào)疊加在原來傳輸?shù)男盘?hào)上,甚至?xí)淖冊(cè)瓉韨鬏數(shù)挠杏眯盘?hào),嚴(yán)重干擾電子設(shè)備的正常工作,因此降低電子設(shè)備的電磁干擾(EM)已經(jīng)是必須考慮的問題。在磁環(huán)作用下,即使正常有用的信號(hào)順利地通過,又能很好地抑制高頻于擾信號(hào),而且成本低廉。
 

電抗器主要用于電力系統(tǒng)中的一種恒流和穩(wěn)壓的電力網(wǎng)中所采用的電抗器,實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無導(dǎo)磁材料的空心線圈。
 
在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí),會(huì)產(chǎn)生數(shù)值很大的短路電流,如果不加以限制,要保持電氣設(shè)備的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。因此,為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求,常在出線斷路器處串聯(lián)電抗器, 增大短路阻抗, 限制短路電流。
 
由于采用了電抗器,在發(fā)生短路時(shí),電抗器上的電壓降較大,所以也起到了維持母線電壓水平的作用,使母線上的電壓波動(dòng)較小,保證了非故障線路上的用戶電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。
  
按用途分為 7種:
  ①
限流電抗器。串聯(lián)于電力電路中,以限制短路電流的數(shù)值。
  ②
并聯(lián)電抗器。一般接在超高壓輸電線的末端和地之間,起無功補(bǔ)償作用。
  ③
通信電抗器。又稱阻波器。串聯(lián)在兼作通信線路用的輸電線路中,用以阻擋載波信號(hào),使之進(jìn)入接收設(shè)備。
  ④
消弧電抗器。又稱消弧線圈。接于三相變壓器的中性點(diǎn)與地之間,用以在三相電網(wǎng)的一相接地時(shí)供給電感性電流,以補(bǔ)償流過接地點(diǎn)的電容性電流,使電弧不易起燃,從而消除由于電弧多次重燃引起的過電壓。
  ⑤
濾波電抗器。用于整流電路中減少竹流電流上紋波的幅值;也可與電容器構(gòu)成對(duì)某種頻率能發(fā)生共振的電路,以消除電力電路某次諧波的電壓或電流。
    ⑦
起動(dòng)電抗器。與電動(dòng)機(jī)串聯(lián),限制其起動(dòng)電流。
 
電抗器也叫電感器,一個(gè)導(dǎo)體通電時(shí)就會(huì)在其所占據(jù)的一定空間范圍產(chǎn)生磁場(chǎng),所以所有能載流的電導(dǎo)體都有一般意義上的感性。然而通電長(zhǎng)直導(dǎo)體的電感較小,所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不強(qiáng),因此實(shí)際的電抗器是導(dǎo)線繞成螺線管形式,稱空心電抗器;有時(shí)為了讓這只螺線管具有更大的電感,便在螺線管中插入鐵心,稱鐵心電抗器。
 
在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外,電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng),這種作用就稱之為電抗,意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗,簡(jiǎn)稱容抗及感抗。
 
電抗分為感抗和容抗,比較科學(xué)的歸類是感抗器(電感器)和容抗器(電容器)統(tǒng)稱為電抗器,然而由于過去先有了電感器,并且被稱謂電抗器,所以現(xiàn)在人們所說的電容器就是容抗器,而電抗器專指電感器。
 
在電子電路常叫電感器,在電力系統(tǒng)中常叫電抗器。

調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的工作原理接線,交流220V工頻電源,經(jīng)變頻控制單元輸出30~200HZ頻率可調(diào)的電壓,送入勵(lì)磁變壓器,升壓至0~1000V,經(jīng)諧振電抗器L和被試品CX,構(gòu)成高壓主諧電路,電容分壓器是純電容式的,用來測(cè)量試驗(yàn)電壓。先由變頻控制單元經(jīng)勵(lì)磁變壓器向主諧振電路送入一個(gè)較低的電壓Ue,調(diào)節(jié)變頻控制單元的輸出頻率,當(dāng)頻率滿足條件ΩL=1/ΩC,電路即達(dá)到諧振狀態(tài)。此時(shí)能在較小的勵(lì)磁電壓Ue下,使被試品CX上產(chǎn)生幾十倍于Ue的電壓UCX。變頻試驗(yàn)系統(tǒng)以串聯(lián)諧振電路原理工作。諧振點(diǎn)是由把頻率變換器的頻率調(diào)整到串聯(lián)諧振電路的固有頻率而達(dá)到的?;芈分C振后,輸出的電壓波形為純正弦波,系統(tǒng)的頻率取決于回路的L-C參數(shù)。其中電抗器的電抗值是可調(diào)的,系統(tǒng)的頻率取決于負(fù)載電容的大小,如上式??梢愿鶕?jù)CX的大小,適當(dāng)調(diào)整電抗器的電感L值,使得諧振頻率固定在一個(gè)要求的范圍內(nèi),從而滿足必須在工頻條件下進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的試品的實(shí)驗(yàn)。

變頻串聯(lián)諧振的原理:我們已知,在回路頻率f1/2π√LC時(shí),回路產(chǎn)生諧振,此時(shí)試品上的電壓是勵(lì)磁變高壓端輸出電壓的Q倍。Q為系統(tǒng)品質(zhì)因素,即電壓諧振倍數(shù),一般為幾十到一百以上。先通過調(diào)節(jié)變頻電源的輸出頻率使回路發(fā)生串聯(lián)諧振,再在回路諧振的條件下調(diào)節(jié)變頻電源輸出電壓使試品電壓達(dá)到試驗(yàn)值。由于回路的諧振,變頻電源較小的輸出電壓就可在試品CX上產(chǎn)生較高的試驗(yàn)電壓。

變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置由變頻控制箱、勵(lì)磁變壓器、電抗器和電容分壓器組成。
變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置主要是利用電抗器和試品電容串聯(lián)組成LC諧振回路,然后通過調(diào)
節(jié)輸出頻率,找到諧振點(diǎn),在被試品上獲得較高的試驗(yàn)電壓。變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置是
用小容量低電壓的電源獲得高電壓大容量的輸出,變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置是當(dāng)前高壓試
驗(yàn)的一種新方法,已得到廣泛的應(yīng)用。

調(diào)頻電源——既可改變其輸出頻率,又可改變其輸出電壓。
   
勵(lì)磁變壓器——起耦合信號(hào)及電壓變換的作用,并按自身變化來提升電壓。
   
電抗器——與被試品串聯(lián),構(gòu)成LC串聯(lián)諧振電路。
   
電容分壓器——測(cè)量被試品上的電壓,并作為采樣信號(hào)反饋給調(diào)頻電源。

變頻串聯(lián)諧振成套裝置是運(yùn)用串聯(lián)諧振原理,利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路,調(diào)節(jié)變頻控制器的輸出頻率,使回路電感L和試品C串聯(lián)諧振,諧振電壓即為加到試品上電壓。變頻串聯(lián)諧振成套裝置廣泛用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè),適用于大容量,高電壓的電容性試品的交接和預(yù)防性試驗(yàn)。

串聯(lián)諧振是指回路中LC串聯(lián)兩者阻抗之和剛好為0,所以整個(gè)回路呈純電阻性,整個(gè)回路阻抗*小,電流將*大。串聯(lián)諧振的特點(diǎn):電路阻抗*小,Z=R,電壓一定時(shí),電流*大,電容或電感兩端電壓為電源電壓的Q

 

 

電抗(感抗):ωL電容(容抗):1/ωC

諧振時(shí)間:ωL=1/ωC

品質(zhì)因數(shù)Q=ωL/R,所謂品質(zhì)因數(shù)如果為28,那么并聯(lián)的諧振電路就是電流減少了28;如果是串聯(lián)的諧振電路,那么就是電壓增加了28.
、串聯(lián)諧振中,jwL=1/jwc。所以,串聯(lián)的電容電感相當(dāng)于一根導(dǎo)線,其阻抗為0。這樣,電阻兩端的電壓就是電源電壓。即Ur=U。
品質(zhì)因數(shù)Q=Ul/U=Uc/U

品質(zhì)因數(shù)(Q因數(shù))   quality factor   表征一個(gè)儲(chǔ)能器件(如電感線圈、電容等)、諧振電路所儲(chǔ)能量同每周損耗能量之比的一種質(zhì)量指標(biāo)。元件的Q值愈大,用該元件組成的電路或網(wǎng)絡(luò)的選擇性愈佳。電抗元件的Q值等于它的電抗同等效串聯(lián)電阻的比值。對(duì)于無輻射系統(tǒng),Z=R+jX,Q =|X|/R   Q=無功功率/有功功率   諧振回路的品質(zhì)因數(shù)為諧振回路的特性阻抗與回路電阻之比。   在串聯(lián)電路中,電路的品質(zhì)因數(shù)Q有兩種測(cè)量方法,一是根據(jù)公式 Q=UL/U0=Uc/U0測(cè)定,UcUL分別為諧振時(shí)電容器C與電感線圈L上的電壓;另一種方法是通過測(cè)量諧振曲線的通頻帶寬度△f=f2-f1,再根據(jù)Q=f0/(f 2-f1)求出Q值。式中f0為諧振頻率,f2f1是失諧時(shí),亦即輸出電壓的幅度下降到*大值的1/√2=0.707)倍時(shí)的上、下頻率點(diǎn)。Q值越大,曲線越尖銳,通頻帶越窄,電路的選擇性越好。在恒壓源供電時(shí),電路的品質(zhì)因數(shù)、選擇性與通頻帶只決定于電路本身的參數(shù),與信號(hào)源無關(guān)。

串聯(lián)諧振就是指作為激勵(lì)電壓源以某一頻率加到由電阻,電容,電感串聯(lián)的電路(任何實(shí)際電路都可以等效為這種戴維南電路模型)兩端時(shí),總的感抗為零,此時(shí)的激勵(lì)源相當(dāng)于直接加在電阻上,用此時(shí)的感抗或容抗與電路中的電阻相比,其比值就是品質(zhì)因數(shù)了。

品質(zhì)因數(shù)但是不可以小于零、如果小于零則電路會(huì)出現(xiàn)自激震蕩。

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