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交流電路諧振現象的仿真實驗

如果調節電路的參數或者電源頻率使它們同相位,這時電路就發生了諧振現象。按照發生諧振現象的電路不同,可以分爲串聯諧振和並聯諧振。
     
1、串聯諧振
     
在R、L、C串聯電路中,但滿足感抗XL等于容抗XC時,即電源的輸出電壓和輸出電流同相位,就會發生諧振現象。因爲發生串聯電路中,所以也稱爲串聯諧振。

为了更加深入了解串联谐振的现象,在matlab/simulink中搭建交流串联R、L、C电路。设置交流电源幅值为220V,频率为50Hz,电阻为10欧姆,根据串联电路发生谐振的条件,设置L为 0.0318H,C为3.1831e-04F,仿真结果下图所示。

通過對仿真波形進行分析可知:
  
(1)串聯電路發生諧振時,電路中的阻抗值達到最小。在電源電壓不變情況下,電路發生了串聯諧振使得電路中的電流達到最大值。
  
(2)由于電源的電壓和它輸出電流同相位,則電路對電源呈阻性。電源提供給電路的能量全被電阻消耗掉,電源與電路之間不存在能量交換。能量交換只發生在電感線圈和電容之間。
  
(3)由于發生串聯諧振時,感抗等于容抗,電感兩端的電壓和電容兩端電壓幅值相等,相位正好相反,相互抵消,對整個電路不起作用。
  
(4)把電阻值由10歐姆調整爲5歐姆時,其它條件不變。此時感抗等于容抗大于阻抗,電源電壓波形、電感兩端的電壓波形和電容兩端電壓波形如下圖所示。從圖中可知,電感兩端的電壓和電容兩端電壓要遠大于電源電壓,即發生了過電壓,可能會使線圈和電容的絕緣被擊穿。所以在電力工程中要避免發生串聯諧振現象。
     
2、並聯諧振
     
在R、L、C並聯電路中,但滿足感抗XL等于容抗XC時,即電源的輸出電壓和輸出電流同相位,就會發生諧振現象。因爲發生並聯電路中,所以也稱爲並聯諧振。

为了更加深入了解并联谐振的现象,在matlab/simulink中搭建交流并联R、L、C电路。设置交流电源幅值为220V,频率为50Hz,电阻为10欧姆,根据并联电路发生谐振的条件,设置L为 0.0318H,C为3.1831e-04F,仿真结果下图所示。

通過對仿真波形進行分析可知:
  
(1)電路發生並聯諧振時,電路的阻抗的模數達到最大值,從而使電路電流達到最小值。
  
(2)電源電壓和電源電流同相位,電路對電源呈阻性。
  
(3)並聯諧振時,電感支路和電容支路電流基本相等。在電子技術中利用電路發生並聯諧振時阻抗模高的特點用來選擇信號或者消除幹擾。

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