串聯諧振耐壓試驗實例
發布時間:2020-04-28 17:29:06
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華意電力是一家專業研發生產串聯諧振的廠家,本公司生產的串聯諧振在行業內都廣受好評,以打造最具權威的“串聯諧振“高壓設備供應商而努力。
諧振現象是正弦穩態電路的一種特定的工作狀態。通常,諧振電路由電容、電感和電阻組成,按照其原件的連接形式可分為串聯諧振電路、并聯諧振電路和耦合諧振電路等。
由于諧振電路具有良好的選擇性,在通信與電子技術中得到了廣泛的應用。比如,串聯諧振時電感電壓或電容電壓大于激勵電壓的現象,在無線電通信技術領域獲得了有效的應用,例如當無線電廣播或電視接收機調諧在某個頻率或頻帶上時,就可使該頻率或頻帶內的信號特別增強,而把其他頻率或頻帶內的信號濾去,這種性能即稱為諧振電路的選擇性。所以研究串聯諧振有重要的意義。
實驗原理:
RLC串聯電路如圖所示,改變電路參數L、C或電源頻率時,都可能使電路發生諧振。


1、 電路處于諧振狀態時的特性。
(1)、回路阻抗Z0=R,| Z0|為最小值,整個回路相當于一個純電阻電路。
(2)、回路電流I0的數值最大,I0=US/R。
(3)、電阻上的電壓UR的數值最大,UR =US。
(4)、電感上的電壓UL與電容上的電壓UC數值相等,相位相差180°,UL=UC=QUS。
2、電路的品質因數Q
電路發生諧振時,電感上的電壓(或電容上的電壓)與激勵電壓之比稱為電路的品質因數Q,即:

(3)諧振曲線。
電路中電壓與電流隨頻率變化的特性稱頻率特性,它們隨頻率變化的曲線稱頻率特性曲線,也稱諧振曲線。
在US、R、L、C固定的條件下,有


改變電源角頻率ω,可得到響應電壓隨電源角頻率ω變化的諧振曲線,回路電流與電阻電壓成正比。從圖中可以看到,UR的最大值在諧振角頻率ω0處,此時,UL=UC=QUS。UC的最大值在ω<ω0處,UL的最大值在ω>ω0處。
圖表示經過歸一化處理后不同Q值時的電流頻率特性曲線。從圖中(Q1<Q2<Q3)可以看出:Q值越大,曲線尖銳度越強,其選擇性就越好。
只有當Q>1/√2 時,UC和UL曲線才出現最大值,否則UC將單調下降趨于0,UL將單調上升趨于US。
實驗電路模型分析
串聯諧振電路如表1電路。由于電感存在損耗電阻r L ,信號源也存在內阻r。故實驗電路模型如圖2所示。

圖2 RLC串聯諧振電路模型
實驗過程中,要求信號源的加在諧振電路的電壓始終保持不變。這是由于RLC諧振電路的阻抗是隨頻率變化的量。當信號源電動勢恒定時,顯然信號源的輸出電壓為RLC諧振電路的阻抗和信號源內阻串聯電路的分壓。由于RLC電路的阻抗隨頻率在變化,導致信號源的輸出電壓隨頻率在變化。因此,在實驗中,要求隨時調整信號源的輸出幅度,并保持信號源的加在諧振電路的電壓始終不變,就相當于給諧振電路加了一個內阻為0的理想電壓源源,簡化了電路模型。
任意一個由電阻 R 、電感 L 和電容 C 構成的無源二端網絡,當輸入電流與輸入電壓同相時電路發生諧振。對諧振現象的研究具有重大的實際意義,一方面諧振現象廣泛應用于電子技術中的選頻及濾波電路,另一方面在電力系統中發生諧振卻是非常危險的,應加以避免或抑制。
傳統實驗電路及其諧振研究

在實驗中,信號發生器輸出電壓為2V,并保持不變,其值用晶體管毫伏表測取。不斷地、有規律地改變信號源的頻率 f,則電阻 R、電感L、電容 C 兩端的電壓 UR 、 UL、UC 將會隨之改變。觀察并記錄各毫伏表讀數,當電阻電壓 U R 最大時,回路中的電流最大,電路發生串聯諧振,此時對應的信號源頻率值 f 0 就是諧振點的頻率。目前在實驗中一般要求學生找到諧振頻率f0后,在小于f0及大于f0的頻段內各讀7、8個測量點,在坐標紙上手工描繪UR、UL、UC的頻率特性曲線。為了提高測量精度,真實反映 RLC 串聯電路的諧振曲線特點,讀取了100多個測量點,并利用 Excel軟件繪制頻率特性曲線,結果如圖2 、圖3所示。


由以上實驗結果可見: U R 、 U L 、 U C 的頻率特性曲線形狀與理論分析基本一致,但諧振頻率和諧振時各電壓值卻與理論計算相差較遠,除了測量誤差造成的數值偏差外,主要原因是由于實際電感存在內阻,而且當信號源頻率變化時,內阻也在不斷變化,并不等于電感箱上所標稱的阻值,即萬用表所測的阻值。另外,電容也可能存在著明顯的漏電電阻。