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    串联谐振和并联谐振的特性有哪些

    发布日期:2020-05-09 点击:477次

    谐振回路有并联回路和串联回路两种形式。串联谐振和并联谐振回路的阻抗特性会受到谐振阻抗、谐振特性阻抗和谐振品质因素等影响,但是实际上串并联谐振回路的特性阻抗是有谐振回路决定的。那么到底什么是谐振回路的阻抗特性,串联谐振及并联谐振回路阻抗又有什么特点和区别呢?




    串联谐振和并联谐振的回路阻抗特性

    1.串联谐振回路的阻抗特性:回路输出电流输入信号频率而变化的热性成为回路的选频特性,回路发生串联谐振时,因回路阻抗最小,流失回路的电流最大。

    a.阻抗特性回路谐振时,回路的感抗于容抗相等,互相抵消,回路阻抗最小,且为纯阻;

    b.回路失谐时,串联谐振电路回路阻抗增加,相位值增大。当W>W0时,串联回路阻抗呈感性;当W>W0时,串联回路阻抗呈容性。

    2.并联谐振回路的阻抗特性:

    并联谐振回路的特点是,谐振时回路阻抗最大且为纯电阻,即Z0=R0=;谐振阻抗为感抗或容抗的Q倍,

    即Z0=Qω0L=Q∕ω0C。

    当电流一定时,电感或电容两端的电压最大,若偏离谐振频率,回路阻抗及电压将明显减小。

    3.串并联回路的比较

    相频特性:串联回路的相频特性为正协率,并联电路的相频特性为负斜率,且最大相移为±90.

    4.实际运用中:串联回路适合信号源和负载串接,从而使信号电流有效的送給负载;并联回路适合信号源和负载并接,使信号在负载上得到的电压振幅最大

    谐振回路属于无源滤波网络,其作用是

    选频滤波:从输入信号中选出有用频率分量,抑制无用频率分量或噪音;

    阻抗变换电路及匹配电路;

    实现频幅,频相变换:将频率的变化转化为振幅或相位的变化;将在频率调制中讲。

    并联谐振阻抗特性分析要将输入信号频率分成多种情况进行:

    1.输入信号频率等于谐振频率fo

    当信号频率等于LC串联谐振电路的谐振频率fo时,电路发生串联谐振,串联谐振电路的阻抗最小且为纯阻性(不为容性也不为感性),其值为届(纯阻性)。

    当信号频率偏离LC谐振电路的谐振频率时.电路的阻抗均要增大,且频率偏离的量越大,电路的阻抗就越大,这一点恰好是与LC并联谐振电路相反的。

    要记住:串联谐振时电路的阻抗最小。

    2.输入信号频率高于谐振频率fo

    当输入信号频率高于谐振频率时,LC串联谐振电路为感性,相当于一个电感

    在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致,当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,从而产生谐波,而许多用电设备又是感性负载,如配电变压器、电动机等,它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。传统的无功补偿与谐波治理方案分别是设置并联电容器和LC振荡电路,这些都需要电容器参与工作,而电容器和电网中的谐波又有相互影响,以下分别就并联谐振和串联谐振对谐波的影响分别分析:

    一.并联谐振对谐波的影响

    并联谐振主要影响是对谐波电流的放大。

    1.并联电容器对谐波电流放大的原理。在没有电容设备且不考虑输电线路的电容时。电力系统的谐波阻抗Zsn由下式表示:

    Zsn=Rsn+jXsn=Rmsn+JNXs

    式中Rsn——系统的n次谐波电阻;

    Xs——n次谐波电抗,Xsn=nXs;Xs——工频短路电抗。

    设并联电容器的基波电抗为Xc,n次谐波电抗为Xcn,则Xcn=(1/n)Xc。

    并联电容器后,系统的谐波等效电路如图所示,系统的n次谐波阻抗变为Z’sn。


    由上式可见,装设电容器之后,系统谐波阻抗发生变化。既可为感性也可为容性,并对特定频率的谐波,并联电容器可与系统发生并联谐振,使等效谐波阻抗达到最大值。

    电力系统中主要谐波源为电流源,其主要特征是外阻抗变化时电流不变,图2示出电力系统的简化电路图,图3为其谐波等效电路,图中,In为谐波源的n次谐波电流,Isn为进入电网的谐波电流,Icn为进入电容器的谐波电流。


    在这种情况下,Isn和Icn分别为(并联电路分流公式)


    由上述两式看到,当Xsn=Xcn时,并联电容器与系统阻抗发生并联谐振,Isn,即当谐波源中含有次数为√Xc/Xs,√Xc/Xs的谐波时,将引起谐振,若谐波源中含有次数接近√Xn/Xs的谐波,虽不谐振,但也会导致该次谐波被放大。

    二.串联谐振对谐波的影响

    传统的滤波装置LC滤波器就是利用串联谐振设备的原理对谐波进行抑制的,LC滤波器也称无源滤波器,由滤波电容器、电抗器串联组合而成,与谐波源并》

    除起滤波作用外,还兼顾无功补偿的需要,以下以单调谐LC振荡电路来加以说明。

    单调谐滤波器单调谐滤波器是利用串联L、C谐振原理构成的。谐振次数JIc电路结构及阻抗频率特性曲线如图4。

    滤波器对n次谐波(Wn=NWs)的阻抗为


    式中,下标表示第n次单调谐滤波器

    由上式可画出滤波器阻抗随频率变化的关系曲线。

    在谐振点处,Zfn=Rfn,因Rfn很小,n次谐波电流主要由Rfn分流,很少流入电网中,而对于其他次数谐波,Zfn>>Rfn,滤波器分流很少,因此,简单地说,只要将滤波器的谐振次数设定为所需滤除的谐波次数一样,则该次谐波将大部分流入滤波器,从而起到滤除该次谐波的目的。

    总结:无功补偿电容与电力系统中的电感构成了局部电感、电容回路,它们的组合可能会产生并联谐振,会对某次谐波电流起到放大作用,加剧了谐波危害;当它们构成的局部谐波回路的频率与系统中存在的某次谐波频率相近时,就会造成危险的过电流和过电压,这时可给并联电容器串一定电抗的方法,改变并联电容器与系统阻抗的谐振点,以避免并联谐振。

    同时对于含有谐波的电网,在谐波源处装设LC无源调谐滤波装置,吸取谐波电流,有效地减少谐波量。


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