RLC電路諧振在工程中的應(yīng)用

1、公司名稱(chēng) 文檔標(biāo)題 文檔副標(biāo)題 17251225 吳一非日期 RLC 諧振的工程應(yīng)用題目，作者 /合作者，摘要，關(guān)鍵詞，正文，參考文獻(xiàn)摘要：在科技飛速發(fā)展的今天，諧振電路在我們的生活及工業(yè)生產(chǎn)中都有著非常重要的應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì) RLC 串 / 并聯(lián)諧振電路的一些應(yīng)用例子的分析，并從品質(zhì)因數(shù)的定義出發(fā)， 研究了 Q 對(duì)諧振電路的影響，簡(jiǎn)要介紹了RLC 諧振電路在實(shí)際中的應(yīng)用。根據(jù)電路原理， 在具有電感和電容元件的電路中，電路兩端的電壓與其中的電流一般是不同相的。 如果調(diào)節(jié)電路的參數(shù)或電源的頻率而使它們同相，這時(shí)電路就發(fā)生諧振現(xiàn)象。 根據(jù)發(fā)生諧振的電路不同， 諧振現(xiàn)象可分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。在現(xiàn)

2、實(shí)生活中， 諧振電路的應(yīng)用發(fā)揮著十分大的影響。關(guān)鍵詞：諧振電路、應(yīng)用、品質(zhì)因數(shù)諧振電路、應(yīng)用、電感、電容2.1、應(yīng)用于交流耐壓試驗(yàn)交流耐壓試驗(yàn)是判斷電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的最有效和最直接的方法,它可以考驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度耐受長(zhǎng)時(shí)間工頻電壓的作用和工頻電壓升高的能力。迄今為止電力行業(yè)一直沿用工頻耐壓試驗(yàn)來(lái)等效地考核絕緣耐受內(nèi)過(guò)電壓的能力,以保證電氣設(shè)備的絕緣水平。但有些電氣設(shè)備 ,如輸電線、電纜、大型發(fā)電機(jī)及高壓氣體絕緣組合電器(GIS)等電容量很大的被試品的交流耐壓試驗(yàn) ,常需要很龐大的試驗(yàn)設(shè)備,而現(xiàn)場(chǎng)往往不具備這些條件。對(duì)于大型變壓器等被試品,在交流耐壓試驗(yàn)時(shí)的等值阻抗呈容性,被試品的電容量越大試

3、驗(yàn)回路的電流越大。如圖 5 所示 ,利用可調(diào)電抗器L 與被試品 (電容 C)構(gòu)成串聯(lián)電路 ,調(diào)整電抗器電感的大小 ,使之發(fā)生串聯(lián)諧振。 諧振時(shí)電感上的電壓uL 和電容上的電壓uC 是電源電壓的 Q 倍 (品質(zhì)因數(shù) Q一般可達(dá)到幾十至一百左右)?？梢?jiàn) ,電氣試驗(yàn)中可以采用串聯(lián)諧振法對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)電抗器電感和被試品的電容發(fā)生諧振時(shí),會(huì)產(chǎn)生高電壓和大電流 ,而電源所需提供的僅僅是系統(tǒng)中有功消耗的部分,從而使得試驗(yàn)設(shè)備輕量化,十分適宜于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。2.2.1、串聯(lián)諧振電路的應(yīng)用利用串聯(lián)諧振產(chǎn)生工頻高電壓， 應(yīng)用在高電壓技術(shù)中， 為變壓器等電力設(shè)備做耐壓試驗(yàn)， 可以有效的發(fā)現(xiàn)設(shè)備中危險(xiǎn)的集中

4、性缺陷，是檢驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的最有效和最直接的方法。應(yīng)用在無(wú)線電工程中，常常利用串聯(lián)諧振以獲得較高的電壓。在收音機(jī)中，常利用串聯(lián)諧振電路來(lái)選擇電臺(tái)信號(hào)，這個(gè)過(guò)程叫做調(diào)諧，如圖 8-21 （a）所示。圖 8-21(b) 是它的等效電路。當(dāng)各種不同頻率信號(hào)的電波在天線上產(chǎn)生感生電流時(shí)，電流經(jīng)過(guò)線圈 1L 感應(yīng)到線圈 2L。如果振蕩電路對(duì)某一信號(hào)頻率發(fā)生諧振時(shí)， 回路中該信號(hào)的電流最大， 則在電容器兩端產(chǎn)生一高于此信號(hào)電壓 Q 倍的電壓 CU。而對(duì)于其它各種頻率的信號(hào)，因?yàn)闆](méi)有發(fā)生諧振，在回路中電流很小，從而被電路抑制掉。所以，可以改變電容 C，以改變回路的諧振頻率來(lái)選擇所需耍的電臺(tái)信號(hào)。2.2.

5、2、并聯(lián)諧振電路的應(yīng)用并聯(lián)諧振是一種完全的補(bǔ)償，電源無(wú)需提供無(wú)功功率， 只提供電阻所需要的有功功率，諧振時(shí)，電路的總電流最小， 而支路電流往往大于電路中的總電流，因此，并聯(lián)諧振也叫電流諧振。由基本電路原理可知， 電容的在線電流比電壓超前90，電感的在線電壓比電流超前90。當(dāng)這兩個(gè)元件并聯(lián)后接入電路，在電路通電流的瞬間電容會(huì)產(chǎn)生一個(gè)充電脈沖，電感會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自感電勢(shì)，因兩者的電流和電壓最大值在時(shí)間相位上互差90，這就造成了兩者的電流或電壓總是在你強(qiáng)我弱或你弱我強(qiáng)的狀態(tài)下變化，這就是振蕩。 但這種振蕩是會(huì)隨著電路電流和電壓的穩(wěn)定會(huì)慢慢停歇的!因此這種振蕩也稱(chēng)衰竭式振蕩，為了使這種振蕩不斷的維持下去，

6、就必需給 LC 回路補(bǔ)充同頻的振蕩能量，因此就有了三極管放大電路的回授(反饋 )電路產(chǎn)生，有了源源不斷的同頻脈沖的回授補(bǔ)充，這振蕩就能維持不斷了。在日常生活中，我們常常利用并聯(lián)諧振電路的這一原理來(lái)制造我們所需的電子產(chǎn)品，比如錄音機(jī)、 復(fù)讀機(jī)等電子產(chǎn)品中的 LC 震蕩電路即是并聯(lián)諧振電路。3、結(jié)論諧振電路在無(wú)線電接收機(jī)中用于頻率選擇，對(duì)電源信號(hào)進(jìn)行濾波整形，完成對(duì)故障信號(hào)的檢測(cè)，在電路間進(jìn)行能量傳遞轉(zhuǎn)移，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充電，并可以以此技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)并且減少起動(dòng)電流。諧振法還可以可以消除高頻變壓器分布電容對(duì)充電電源恒流特性的影響， 改善充電波形。 近年來(lái)隨著新的理論和方法的出現(xiàn)

7、，基于壓電元件的被動(dòng)控制正受到越來(lái)越多的重視。壓電換能器是一種將超聲頻電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)的器件可將其等效為 R、L、C 串并聯(lián)電路， 利用其等效電路可以分析并得到動(dòng)態(tài)電阻，換能器工作頻率、阻抗變化等特點(diǎn)， 并以此來(lái)進(jìn)行換能器匹配研究。壓電換能器的應(yīng)用和壓電元件在懸臂梁多模態(tài)振動(dòng)控制中的應(yīng)用都是RLC 諧振電路在實(shí)際工程中的應(yīng)用。4、主要參考文獻(xiàn)【 1】胡 巖 ,袁 宏 ,高有華等 ,電路理論在電氣工程中的若干應(yīng)用 J.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào) ,2009, 31(1),3841.【2】張寧寧等 ,RLC 串 / 并聯(lián)諧振電路的特性分析及應(yīng)用J.價(jià)值工程 ,2012,14 （ 2） ,3637.【3】李

8、云閣 ,施 圍等 ,應(yīng)用解析法分析中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的工頻鐵磁諧振- 諧振判據(jù)和消諧措施J.中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) 報(bào) ,2003,23 （ 9） ,141145.【 4】汪小娜 ,單潮龍等 ,RL 與 C 并聯(lián)諧振電路品質(zhì)因數(shù)精確值的計(jì)算J.大學(xué)物理 ,2011 ，30(3),3133.【 5 】邱彬 ,王凱等 ,串并聯(lián)諧振電路在電子鎮(zhèn)流器中的應(yīng)用研究J.制造業(yè)自動(dòng)化 ,2011 ，33(5),142144.1 諧振電路在具體工程中的應(yīng)用 摘要： 根據(jù)電路原理， 在具有電感和電容元件的電路中， 電路兩端的電壓與其中的電流一般是不同相的。 如果調(diào)節(jié)電路的參數(shù)或電源的頻率而使它們同相， 這時(shí)電

9、路就發(fā)生諧振現(xiàn)象。 根據(jù)發(fā)生諧振的電路不同， 諧振現(xiàn)象可分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。在現(xiàn)實(shí)生活中，諧振電路的應(yīng)用發(fā)揮著十分大的影響。 關(guān)鍵詞：諧振電路、應(yīng)用、電感、電容前言：在具有電阻R、電感 L 和電容 C 元件的交流電路中，電路兩端的電壓與其中電流位相一般是不同的。如果我們調(diào)節(jié)電路元件（L 或 C）的參數(shù)或電源頻率，可以使它們位相相同， 整個(gè)電路呈現(xiàn)為純電阻性。電路達(dá)到這種狀態(tài)稱(chēng)之為諧振。在諧振狀態(tài)下，電路的總阻抗達(dá)到極值或近似達(dá)到極值。研究諧振的目的就是要認(rèn)識(shí)這種客觀現(xiàn)象，并在科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)上充分利用諧振的特征，同時(shí)又要預(yù)防它所產(chǎn)生的危害。按電路聯(lián)接的不同，有串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振兩種。串聯(lián)諧振

10、時(shí)， 電感電壓與電容電壓等值異號(hào)，即電感電容吸收等值異號(hào)的無(wú)功功率，使電路吸收的無(wú)功功率為0；電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量都在不斷變化，但此增彼減，互相補(bǔ)償，這部分能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間振蕩，全電路電磁場(chǎng)能量總和不變；激勵(lì)供給電路的能量全轉(zhuǎn)化為電阻發(fā)熱。為了維持振蕩， 激勵(lì)必須不斷供給能量補(bǔ)償電阻的發(fā)熱消耗，與電路中總的電磁場(chǎng)能量相比每振蕩一次電路消耗的能量越少，電路的品質(zhì)越好。并聯(lián)諧振時(shí)， 電感電流與電容電流等值異號(hào)，即電感電容吸收等值異號(hào)的無(wú)功功率，使電路吸收的無(wú)功功率為0；電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量都在不斷變化，但此增彼減，互相補(bǔ)償，這部分能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間振蕩，全電路電磁場(chǎng)能量總和不變；激勵(lì)供給電路的能

11、量全轉(zhuǎn)化為電阻發(fā)熱。 為了維持振蕩， 激勵(lì)必須不斷供給能量補(bǔ)償電阻的發(fā)熱消耗，與電路中總的電磁場(chǎng)能量相比每振蕩一次電路消耗的能量越少，電路的品質(zhì)越好。一用于信號(hào)的選擇信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，不可避免要收到一定的干擾，是信號(hào)中混入了一些不需要的干擾信號(hào)。 利用諧振特性， 可以將大部分干擾信號(hào)濾除。在串聯(lián)電路中 ,除諧振頻率以外 ,電路對(duì)信號(hào)電流有一定阻抗,而回路諧振時(shí) ,L的感抗與 C 的容抗相等并相互抵銷(xiāo),對(duì)諧振頻率來(lái)說(shuō) ,僅有電感線圈本身很小的電阻影響,諧振頻率信號(hào)可以順利通過(guò),而諧振頻率以外的頻率信號(hào)不能通過(guò)。在并聯(lián)電路中 ,當(dāng)諧振在某一頻率時(shí) ,回路呈現(xiàn)的阻抗最大,它相當(dāng)一個(gè)大電阻 ,信號(hào)電

12、流最小 ,而回路兩端的電壓卻達(dá)到最大值。也就是說(shuō),并聯(lián)諧振電路阻止交流電流通過(guò)而通過(guò)交流信號(hào)電壓。衡量諧振電路性能的一個(gè)重要指標(biāo)是選擇性.選擇性越好 ,選頻特性就越“尖銳”,但信號(hào)的通頻帶 (允許通過(guò)的頻率范圍)就越窄。 如 ,收音機(jī)的選擇性越好其選合能力越強(qiáng)。選擇性好壞與收音機(jī)中的輸入調(diào)諧回路、中頻變壓器的品質(zhì)有很大關(guān)系。例如在接收機(jī)里用來(lái)選擇信號(hào)2輸入電路的主要部分是天線線圈L1 和由電感線圈L 與可變電容器C 組成的串聯(lián)諧振線路。天線所收到的各種頻率不同的信號(hào)都會(huì)在LC 諧振電路中感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)e1，e2,e3，, ，如上圖所示， 圖中的 R 是線圈 L 的電阻。改變 C，對(duì)所需信號(hào)

13、頻率調(diào)到串聯(lián)諧振，那么這時(shí) LC 回路中該頻率的電流最大，在可變電容器兩端的這種頻率的電壓也就較高。其他各種不同頻率的信號(hào)雖然也在接收機(jī)里出現(xiàn)， 但由于它們沒(méi)有達(dá)到諧振， 在回路中引起得電流很小。這樣就起到了選擇信號(hào)和抑制干擾的作用。 二用于元器件的測(cè)量 諧振電路可以用于電路元件參數(shù)測(cè)試， 用諧振電路測(cè)量電路元件參數(shù)的方法稱(chēng)為諧振測(cè)試法。 諧振測(cè)試法就是根據(jù)諧振回路的諧振特性建立起來(lái)的測(cè)電路元件參數(shù)的方法。諧振法電路簡(jiǎn)單，且符合高頻電路元件參數(shù)測(cè)試的主要方法。 例如，利用諧振測(cè)電感如圖所示為并聯(lián)諧振法測(cè)電感的電路，其中 C 為標(biāo)準(zhǔn)電容， L 為被測(cè)電感， Co 為被測(cè)電感的分布電容。測(cè)量時(shí)，調(diào)

14、節(jié)信號(hào)源頻率，使電路諧振，即電壓表指示最大，記下此時(shí)的信號(hào)源頻率 f，則由此可見(jiàn)，還需要測(cè)出分布電容Co，不接標(biāo)準(zhǔn)電容C，調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率，使電路自然諧振，設(shè)此頻率為f1，則由此可見(jiàn)，還需要測(cè)出分布電容Co，不接標(biāo)準(zhǔn)電容C，調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率，使電路自然諧振，設(shè)此頻率為f1，則由上述兩式可得把Co代入L 的表達(dá)式，即可得到被測(cè)電感的感量。3三提高功率的傳輸效率利用諧振狀態(tài)下，電感的磁場(chǎng)能量與電容的電場(chǎng)能量實(shí)現(xiàn)完全交換這一特點(diǎn)，電源輸出的功率全部消耗在負(fù)載電阻上，從而實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。由此，我們將諧振電路應(yīng)用到了諧振功率放大器。諧振功率放大器是一種用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大器，主要應(yīng)用在無(wú)線電發(fā)射機(jī)中，用來(lái)對(duì)載波信號(hào)或高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大。顧名思義 ,高頻功率放大器用于放大器高頻信號(hào)并獲得足夠大的輸出