考虑一个RLC电路在这电阻器,电感器和电容器在a上串联电压供应。这系列RLC电路有一个区别的特性,在一个特定的频率共振称为共振频率。
在这个包含电感和电容的电路中,能量以两种不同的方式存储。
电感器中的磁场是由放电电容器提供的电流构成的。类似地,电容器由电感器磁场崩塌产生的电流充电,这一过程持续不断,导致电能在磁场和电流之间振荡电场。在某些情况下,在特定的频率上称为共振频率感抗电路的电抗等于电容电抗,使电能在电容的电场和电感的磁场之间振荡。这就形成了电流的谐振子。在RLC电路中,电阻的存在使这些振荡在一段时间内逐渐消失,称为电阻的阻尼效应。
电感电抗和电容电抗随频率的变化
感应电抗与频率的变化
我们知道感应电抗Xl= 2πfL表示电感电抗与频率(Xl和道具ƒ)。当频率为零或直流时,电感抗也为零,电路发生短路;但当频率增加时;电感电抗也增加了。在无限大频率下,电感电抗变为无限大,电路表现为开路。这意味着,当频率增加时,感抗也增加,当频率减少时,感抗也减少。所以,如果我们画一个电感电抗和频率之间的图,它是一条直线,通过原点的直线,如图所示。
容抗与频率的变化
由容抗X的公式可以清楚地看出C= 1 / 2πfC,表明频率与电容电抗成反比。在直流或频率为零时,电容电抗为无穷大,电路处于开路状态,当频率增大到无穷大时,电容电抗减小到无穷大时,电路处于短路状态。所以容抗随着频率的降低而增加,如果我们在容抗和频率之间画一个曲线图,它是上图所示的双曲线。
电感电抗和电容电抗与频率的关系
由以上讨论可知,在低频X时,电感电抗与频率成正比,容性电抗与频率成反比l低XC高,但必须有一个频率,在此频率下,电感电抗的值等于电容电抗。现在,如果我们画一个电感电抗与频率,容性电抗与频率的图表,那么必然会有一个点,在这两个图表相交的地方。在交点处,电感电抗和电容电抗相等,这两个电抗相等的频率称为谐振频率fr。
在共振频率下,Xl= Xl
在共振时f = fr在解上述方程时,我们得到,
阻抗与频率的变化
在串联RLC电路中的谐振,两个电抗相等,相互抵消。因此,在谐振串联RLC电路中,对电流流动的反对仅仅是由于电阻。谐振时串联RLC电路的总阻抗等于电阻Z = R,阻抗只有实部没有虚部,谐振频率处的这个阻抗称为动态阻抗,这个动态阻抗总是小于串联RLC电路的阻抗。在串联谐振前,即频率前,fr电容电抗占主导地位,谐振后,电感电抗占主导地位,谐振时电路纯粹作为电阻电路,造成大量电流在电路中循环。
谐振电流
在串联RLC电路中,总电压是电阻、电感和电容之间电压的相量和。在串联RLC电路中的谐振我们知道,在串联电路中,流过所有元件的电流都是相同的,所以流过电感器和电容的电压幅值相等,方向相反,因此它们相互抵消。因此,在串联谐振电路中,电阻之间的电压等于电源电压,即V = Vr。
在串联RLC电路中,电流I = V / Z,而谐振电流I = V / R,因此谐振频率处的电流最大,谐振阻抗处的电流最小。
上图显示了电路电流和频率之间的曲线图。在开始时,当频率增加时,阻抗Zc减小,因此电路电流增大。在某一时刻频率等于谐振频率后,此时电感电抗等于电容电抗,电路阻抗减小,仅等于电路电阻。所以在这一点,电路电流变成最大I = V / r,现在,当频率进一步增加,Zl,随着Z的增加l,当频率为无穷大时,电路电流逐渐减小,最后降为零。
谐振功率因数
谐振时,电感电抗等于电容电抗,因此电感和电容之间的电压相互抵消。电路的总阻抗仅为电阻。所以,这个电路就像一个纯电阻电路,我们知道在纯电阻电路中,电压和电路电流是相同的,也就是Vr, V和I在相同的相方向。因此,电压和电流之间的相位角为零功率因数是统一的。
串联RLC谐振电路的应用
自串联RLC电路中的谐振发生在特定的频率,所以它被用于滤波和调谐目的,因为它不允许不必要的振荡,否则会导致信号失真,噪声和电路损坏通过它。
总结
对于一个串联RLC电路,在一定频率下称为谐振频率,以下几点必须记住。所以在共振:
- 归纳电抗Xl等于电容电抗XC。
- 电路总阻抗最小,等于R,即Z = R。
- 当阻抗减小时,电路电流最大,I = V / R。
- 电感和电容之间的电压相互抵消,所以电阻之间的电压Vr= V,电源电压。
- 由于净电抗为零,电路变成纯电阻电路,因此电压和电流处于相同的相位,因此它们之间的相位角为零。
- 功率因数是统一的。
- 串联RLC电路中发生谐振的频率由