第6節(jié) 電路的諧振
諧 振
含有電感、電容元件的無源二端網(wǎng)絡(luò),在特定的條件下,端電壓
和端電流
的相位差為零,即
和
同相,此時,稱該二端網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了諧振(resonance)。
一、RLC串聯(lián)電路的諧振![]()
圖7.6-1所示電路為一個RLC串聯(lián)電路,在正弦電壓源
的激勵下已處于穩(wěn)態(tài)。
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當正弦電壓源的頻率發(fā)生變化時,電路的阻抗Z會隨著頻率
的變化而變化,即阻抗是角頻率
的函數(shù),
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發(fā)生諧振時,電壓
和電流
的相位差為零,即
,則![]()
所以,諧振頻率為![]()
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2、電壓諧振
電路發(fā)生諧振時,
,
,則
,則
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電容電壓和電感電壓大小相等、方向相反,電壓源的電壓全部降在電阻上,稱為電壓諧振。電感和電容之間周期性地進行能量交換,不從電源吸收無功功率,稱為電磁振蕩。
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3、品質(zhì)因數(shù)
諧振時,以
為輸入,
或
為輸出,則![]()
若
,則在輸出端得到比輸入大得多的電壓。定義
為RLC串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)。
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注 意:Q越大,諧振或接近諧振時,電感或電容上就會出現(xiàn)比輸入電壓高得多的輸出電壓,這往往會使電感或電容元件損壞。在電力傳輸系統(tǒng)中又要盡可能地避免產(chǎn)生諧振。
二、RLC并聯(lián)電路的諧振
圖7.6-2所示電路是RLC并聯(lián)電路,在正弦電流源
的激勵下已處于穩(wěn)態(tài)。
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根據(jù)諧振的定義,當導納角等于0時,電壓與電流同相,電路發(fā)生諧振,則![]()
所以,RLC并聯(lián)電路的諧振角頻率為![]()
并聯(lián)諧振的特征
1、導納角
,電流與電壓同相位;
2、導納模達到最小,即
;當電流源的有效值IS一定時,電壓達到最大,即
;
3、
,
。電感電流與電容電流之和等于0,即它們的大小相等,方向相反,而電流源的電流全部流過電阻,所以又稱為電流諧振。
4、
。定義
為RLC并聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)。Q值越大,在電感或電容上會產(chǎn)生比輸入電流大得多的輸出電流。
例7.6-1 圖7.6-3所示的正弦穩(wěn)態(tài)電路,求發(fā)生諧振時端電壓u的角頻率。
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解:設(shè)端電壓、端電流的相量分別為
和
,感抗為![]()
容抗為![]()
則

所以,二端網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗為
欲使電路發(fā)生諧振,則
,即![]()
因此,諧振角頻率為![]()
例7.6-2 圖7.6-4所示電路中,已知
,
,
,現(xiàn)調(diào)節(jié)電容C的值,使
,求這時的電容C為多大?并求此時的電流
、
和
。

解:
,![]()
由題意,有![]()
則![]()
這就說明電感L2與電容C的電流是大小相等,方向相反,互相抵消,不從電源吸取能量,L2與C之間發(fā)生了諧振,所以,L2與C的等效電納必為0,即![]()
則電容為![]()
所以,電流
只流過R1和L1,![]()
故![]()
電感L1上的電壓為![]()
所以,電感L2上的電壓為![]()
則
故
,![]()






