RLC串并联谐振电路在实际中的应用.docVIP

RLC 串/并联谐振电路在实际中的应用 大学化学化工学院 摘要：在科技发展的今天，谐振电路在我们的生活中有着重要的应用。ABSTRACT：Rapid development in technology today, the resonant circuit in our lives and in industrial production has a very important application. Based on the number of application examples to analyze RLC series / parallel resonant circuit,and from the definition of quality factor, the influence of Q of the resonant circuit,a brief introduction for which applications of RLC resonant circuit in practice. KEY WORDS:Resonant Circuit,Application,quality factor 引言：RLC 串/并联电路是各种复杂网络的基础，也是具有频率特性的电路网络的基本组成部分，深入分析其相关特性对理解、学习及实践电路尤为重要。RLC 串/并联电路作为电工类教材中最常见的谐振电路，谐振电路的特性和品质因数Q 相关。文章分析了品质因数 Q 对谐振电路的影响，同时也 1、RLC 串/并联电路阻抗及谐振频率分析 1-1、RLC 串联电路的总阻抗和谐振频率 由电路定理的定义可知，串联电路的总阻抗可以表示为： z=R+（jωL-1/ωC）=R+jX （1） 当总阻抗 Z 的虚部为 0 时，电路处于谐振状态，得谐振频率 ω=ω0=1/ √LC 即当ω=1/ √LC时，电路处于串联谐振状态。当 X=0 时,电路具有纯电阻性，Z 有最小值 R。若 X≠0，当 X＞0 时，电路呈感性；当 X＜0 时，电路则呈容性。 1.2、同理，RLC 并联电路的总阻抗和谐振频率可从图2 的并联电路可得： 解得谐振频率 ω=ω0=1/ √LC即当 ω=1/√ LC时，电路处于并联谐振状态。由上可知，当电路处于谐振状态时，其电路的等效阻抗相当于等效电阻，其值可以表述为Z=R，同时可知并联电路的谐振频率ω0及总电流的有效值 I=U/R 与串联电路具有相同的表达形式。因此，在电路元件 R，L，C 特性参数相同的情况下，并联谐振电路与串联谐振电路具有类似的部分特性。但是由于并联谐振电路中，每个元件承受的电压要远远比串联谐振时所承受的要大，因此 R 较小时，常常使用串联谐振电路获得较强的电信号。 1.3、Q对串/并联谐振电路的影响 1.3.1、对串/并联电路阻抗的影响 品质因数其实是反映了回路中电抗（纳）元件与电阻（导）元件作用对比。同时由于为谐振时有：XL-XC=lZl=R，可知谐振时的回路总阻抗由由电阻R 值单独决定。当LC 元件参数一定时，串联回路的品质因数 Q 值与电阻 R 成反比，在短路状态下，R=0，则 Q=∞；并联回路的品质因数 Q 值与电阻R 成正比，断开 R，只接入 LC 并联回路时 R=∞，Q=∞。这也为怎样提高 RLC 回路的 Q 值提供了理论依据。 1.3.2、对回路中能量交换及存储的影响 如果Q 越大，表明回路储存能量的能力越大，单位时间内消耗的能量越少。当然，其意义仍然可理解为 RLC 回路中 LC 电抗元件与 R 电阻元件的作用对比。 1.3.3、与谐振状态下各元件中电流、电压的关系 经计算当 RLC 回路串联谐振时，电感及电容上的电压大小为激励电压U 的 Q 倍（远高激励电源电压），具体数值由不同的 Q 值决定，它们大小相等方向相反，可相互抵消，串联回路中 L、C 上的电压代数和为零，电源电压全部加载到电阻 R 上。经计算当 RLC 回路并联谐振时，电感及电容上的电流大小为激励电流 I 的 Q 倍（远高于激励电流），具体数值由不同的 Q 值决定，它们大小相等方向相反，可相互抵消，串联回路中 L、C 上的电流代数和为零，电源电流全部流过电阻 R。 2、谐振电路的应用 2.1、应用于交流耐压试验 交流耐压试验是判断电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法,它可以考验电气设备绝缘强度耐受长时间工频电压的作用和工频电压升高的能力。迄今为止电力行业一直沿用工频耐压试验来等效地考核绝缘耐受内过电压的能力,以保证电气设备的绝缘水平。但有些电气设备,如输电线、电缆、大型发电机及高压气体绝缘组合电器(GIS)等电容量很大的被试品的交流耐压试验,常需要很庞大的试验设备,而现场往往不具备这些条件。对于大型变压器等被试品,在