谐振现象在工程电路中的应用

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1、谐振现象在工程电路中的应用刘贺崇作者简介：刘贺崇，男，安徽阜阳人,阜阳职业技术学院副教授。（阜阳职业技术学院 安徽 阜阳236016）摘要：由R、L、C元件构成的交流电路中，当电感L、电容C与电源频率f满足一定条件时,电路会发生谐振现象。这一现象具有利与害的两面性，在工程电路中人们要趋其利避其害，本文探讨将这一现象的有利面应用于几种工程电路中。关键词：R、L、C元件；串联谐振电路；并联谐振电路中图分类号：TM1 文献标识码：A 文章编号：在具有R、L、C元件构成的交流电路中，当电感L、电容C与电源频率f满足一定条件时,电路具有如下特点：阻抗Z有极值，电压、电流同相位，电路负载为纯电阻，此时的电

2、路称之为谐振电路，产生的谐振现象在实际电路中既有有利的一面，也有有害的一面，研究谐振电路的意义就是在实际电路中应用其利、趋避其害。按元件联接方式的不同，有串联谐振和并联谐振两种电路。在串联谐振电路中，感抗等于容抗，阻抗Z有极小值，电流有极大值，电感电压与电容电压等值异号，负载是电阻性；并联谐振电路中，感抗等于容抗，阻抗Z有极大值，电感电流与电容电流等值异号。在串、并联谐振电路中，电感和电容吸收或释放等值异号的无功功率，其无功功率的总和为零，电路中电流的能量变为电场能量和磁场能量，同时电场能量和磁场能量又在不断转化，进行着此增彼减、互相补偿，电源供给电路的能量全部转化为电阻做功发热，为了维持振荡

3、，电源必须不断提供能量补偿电阻的发热消耗。谐振电路的应用有如下几个方面：1、 用于收音机的选台在无线电技术中常用串联谐振的选频特性进行收音机选台，图一是收音机接收天线线圈L1、电感线圈L、可调电容C组成的串联谐振接收电路。接收天线所收到的各种频率不同的信号都会在LC谐振电路中感应出相应的电动势e1，e2,e3，等效图如图二图所示，图中的R是线圈L的电阻。改变电容C的大小，使某一信号频率f与电感L和电容C满足f=1/(2)，则该频率的信号就会产生谐振现象，此时电流最大，音量最响，其他不同频率的信号虽然也在接收机里出现，但由于它们没有达到谐振，在回路中产生的电流较小，音量很小，这样就实现了信号选择

4、的目的。 图一 图二2、用于信号的滤除和取出2.22.2.2. 2.1 利用串联谐振对信号的滤除和取出利用L、C串联谐振时，对频率为f0=1/(2)信号阻抗最小，对频率偏离f0的信号阻抗较大的特性，将其串接在电路中可以取出频率为f0的信号，滤除其他信号；将其并接在电路中可以滤除频率为f0的信号。 2.2 利用并联谐振对信号的滤除和取出 利用L、C并联谐振时，对频率为f0=1/(2)信号阻抗最大，对频率偏离f0的信号阻抗较小的特性，将其串接在电路中可以滤除频率为f0的信号，取出其他信号；将其并接在电路中可以取出频率为f0的信号。3、用于元器件参数的测量根据谐振现象的特点，可以利用谐振电路对元件的

5、参数进行测量，测量电路简单，准确度高。 利用谐振现象进行测量的电路如图三所示，它是由L、C串联谐振回路、高频振荡电路和谐振指示电路组成。震荡电路提供高频信号，它与串联谐振回路之间的耦合程度应足够弱，实现串联谐振回路的阻抗小到可以忽略不计。谐振指示器用来判别回路是否处于谐振状态，它可以用并联在回路两端的电压表或串联在回路中的电流表担任。图三 3.1 用于电容大小的测量电容大小的测量电路如图三，选用一适当的标准电感L与被测电容C，组成串联谐振电路，改变高频振荡电路的频率，当电压表的读数出现最大值时，即电路处于串联谐振状态，此时振荡电路输出信号的频率f等于信号发生器的固有频率f0，即 f=f0=1/

6、(2)由此可求得电容C的大小： C=1/(42 f02L)由于谐振频率f0可由振荡电路的度盘读出，电感线圈的电感量是已知的，即可由上式计算被测电容C的大小。3.2 用于电感大小的测量电感大小的测量电路如图三，选用一适当的标准电容C与被测电感L，组成串联谐振电路，改变高频振荡电路的频率，当电压表的读数出现最大值时，即电路处于串联谐振状态，此时振荡电路输出信号的频率f等于信号发生器的固有频率f0，即 f=f0=1/(2)由此可求得电感L的大小： L=1/(42 f02C)4、用于电气设备的耐压试验 利用串联谐振的原理，生产出串联谐振耐压实验仪，可以对发电机组、电力变压器、电力电容器、电力电缆等电气

7、设备进行耐压测试。其工作原理是，通过调节耐压实验仪的变频控制器的输出频率，使得回路中的电抗器的电感L和被测试品具有的电容C发生串联谐振，谐振电压即为试品上所加电压。电路发生串联谐振时，电源只需提供很小的励磁电压U1，耐压测试品上就能得到很高的电压U2(U2=Q U1)，电源频率即为谐振频率f0。试验步骤为：首先调节电源输出较低电压，改变电源频率，使电抗器的电感L与测试品具有的电容C发生串联谐振现象（此时电容C的电流最大），然后再升高试验电压幅值，使得测试品电压达到要求的大小，记录电器设备的泄漏电流，维持规定的时间后，再将电压降低到零，这就完成了整个试验过程。参考文献：1 李加升.电路基础.北京:冶金工业出版社,2008年6月版.97.联系电话：0558-2179033,13905589570，milk3415