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串聯(lián)諧振是電流諧振還是電壓諧振
發(fā)布日期：2021-07-19 點(diǎn)擊：3243次
電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量不斷變化，但這部分能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間振蕩，整個(gè)電路的電磁場(chǎng)能量之和保持不變；勵(lì)磁電源電路的能量轉(zhuǎn)化為電阻加熱。
串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區(qū)別4并聯(lián)逆變器在換流時(shí)，晶閘管是在全電流運(yùn)行中被強(qiáng)迫關(guān)斷的，電流被迫降至零以后還需加一段反壓時(shí)間，因而關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)。相比之下，串聯(lián)逆變器更適宜于在工作頻率較高的感應(yīng)加熱裝置中使用。（7）串聯(lián)逆變器的晶閘管所需承受的電壓較低，用380V電網(wǎng)供電時(shí)，采用1200V的晶閘管就行，但負(fù)載電路的全部電流，包括有功和無功分量，都需流過晶閘管。逆變晶閘管丟失脈沖，只會(huì)使振蕩停止，不會(huì)造成逆變顛覆。并聯(lián)逆變器的晶閘管所需承受的電壓高，其值隨功率因數(shù)角φ增大，而迅速增加。但負(fù)載本身構(gòu)成振蕩電流回路，只有有功電流流過逆變晶閘管，而且逆變晶閘管偶而丟失觸發(fā)脈沖時(shí)，仍可維持振蕩，工作比較穩(wěn)定。（8）串聯(lián)逆變器可以自激工作，也可以他激工作。他激工作時(shí)，只需改變逆變觸發(fā)脈沖頻率，即可調(diào)節(jié)輸出功率；而并聯(lián)逆變器一般只能工作在自激狀態(tài)。（9）在串聯(lián)逆變器中，晶閘管的觸發(fā)脈沖不對(duì)稱，不會(huì)引入直流成分電流而影響正常運(yùn)行；而在并聯(lián)逆變器中，逆變晶閘管的觸發(fā)脈沖不對(duì)稱，則會(huì)引入直流成分電流而引起故障。串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區(qū)別5（10）串聯(lián)逆變器起動(dòng)容易，適用于頻繁起動(dòng)工作的場(chǎng)合；而并聯(lián)逆變器需附加起動(dòng)電路，起動(dòng)較為困難。（11）串聯(lián)逆變器中的晶閘管由于承受矩形波電壓，故du/dt值較大，吸收電路起著關(guān)鍵作用，而對(duì)其di/dt要求則較低。在并聯(lián)逆變器中，流過逆變晶閘管的電流是矩形波，因而要求大的di/dt，而對(duì)du/dt的要求則低一些。（12）串聯(lián)逆變器的感應(yīng)加熱線圈與逆變電源(包括槽路電容器)的距離遠(yuǎn)時(shí)，對(duì)輸出功率的影響較小。如果采用同軸電纜或?qū)砘鼐€盡量靠近(扭絞在一起更好)敷設(shè)，則幾乎沒有影響。而對(duì)并聯(lián)逆變器來說，感應(yīng)加熱線圈應(yīng)盡量靠近電源(特別是槽路電容器)，否則功率輸出和效率都會(huì)大幅度降低。（13）串聯(lián)逆變器感應(yīng)線圈上的電壓和槽路電容器上的電壓，都為逆變器輸出電壓的Q倍，流過感應(yīng)線圈上的電流，等于逆變器的輸出電流。并聯(lián)逆變器的感應(yīng)線圈和槽路電容器上的電壓，都等于逆變器的輸出電壓，而流過它們的電流，則都是逆變器輸出電流的Q倍。綜上所述，并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器（通稱并聯(lián)或串聯(lián)變頻電源）各有其自己的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。從工業(yè)加熱應(yīng)用的角度，并聯(lián)逆變器廣泛應(yīng)用于熔煉、保溫、透熱、感應(yīng)加熱熱處理等各種領(lǐng)域，其功率可以從幾千瓦到上萬千瓦。串聯(lián)逆變器廣泛應(yīng)用于熔煉——保溫的一拖二爐組以及高Q值高頻率的感應(yīng)加熱場(chǎng)合，其功率可以從幾千瓦到幾千千瓦。目前我國工業(yè)上采用的變頻電源90%以上屬并聯(lián)變頻電源。
電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)的電流稱為諧振電流，用Io表示，當(dāng)電源電壓一定時(shí):
串聯(lián)諧振回路
不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)可以恢復(fù)過電壓。當(dāng)樣品擊穿時(shí)，由于諧振條件的喪失，高壓將立即消失，電弧將立即熄滅，恢復(fù)工作電壓將需要一個(gè)很長(zhǎng)一段時(shí)間我們才能得到恢復(fù)，因此在中國再次發(fā)展達(dá)到閃絡(luò)電壓之前，很容易斷開電源。電壓恢復(fù)過程是一個(gè)能量積累的間歇振蕩過程，時(shí)間長(zhǎng)，無過電壓恢復(fù)。
諧振的作用
當(dāng)X=0時(shí)，電路處于諧振狀態(tài),此時(shí)感抗和容抗相互抵消了，即式⑴中的虛部為零，于是電路中的阻抗最小。因此電流最大，電路此時(shí)是一個(gè)純電阻性負(fù)載電路，電路中的電壓與電流同相。電路在諧振時(shí)容抗等于感抗，所以電容和電感上兩端的電壓有效值必然相等，
在發(fā)生串聯(lián)和并聯(lián)諧振時(shí)，電路兩端的電壓和電路的總電流都是同相位。此時(shí)用電設(shè)備和電源之間沒有無功功率交換。所以，工廠里常采用并聯(lián)諧振電路提高線路的功率因數(shù)。
電感電抗與頻率的關(guān)系曲線為直線線性曲線。電感器的感抗值隨著其兩端頻率的增加而線性增加。因此，電感性電抗為正，是成正比的頻率（X大號(hào) α?）,上面的電容電抗公式也是如此，但相反。如果頻率或電容增加，則總電容電抗將降低。隨著頻率接近無窮大，電容器的電抗將減小到幾乎為零，從而使電路元件像0Ω的理想導(dǎo)體一樣工作。但是當(dāng)頻率接近零或直流電平時(shí)，電容器的電抗將迅速增加到無窮大，使其像很大的電阻一樣工作，變得更像開路狀態(tài)。這意味著對(duì)于任何給定的電容值，電容電抗與頻率“ 成反比 ”。
簡(jiǎn)諧振動(dòng)加速度公式
一般情況下，線圈電阻R遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于XL,因此，忽略R得到，即得諧振頻率。
諧振電路在具有電阻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。
諧振電路是在具有電阻R、電感L、電容C的交流電路中；一般電路的電壓與電流電路中的相位是不同的。
在電感和電容并聯(lián)的電路中，當(dāng)電容的大小恰恰使電路中的電壓與電流同相位，即電源電能全部為電阻消耗，成為電阻電路時(shí)，叫作并聯(lián)諧振。
并聯(lián)諧振時(shí)電感和電容上的電壓等于電源電壓，諧振電流高于總電流許多倍。串聯(lián)諧振時(shí)電感或電容上的電壓才高出電源電壓很多倍。有的串聯(lián)諧振電路看上去很像并聯(lián)諧振，但其實(shí)它是串聯(lián)諧振電路。判斷是串聯(lián)還是并聯(lián)諧振的關(guān)鍵是看電源或信號(hào)源是送到哪兩端的。比如收音機(jī)和電視機(jī)的中頻放大電路，在中頻變壓器的初級(jí)，信號(hào)是加在LC并聯(lián)電路兩端的，是并聯(lián)諧振。而在同一個(gè)變壓器的次級(jí)線圈上往往也并聯(lián)一個(gè)電容，看上去也是并聯(lián)諧振，但其實(shí)它是串聯(lián)諧振，因?yàn)樾盘?hào)是從次級(jí)線圈上感應(yīng)出來的，相當(dāng)與信號(hào)串聯(lián)在LC電路中，而不是加在LC并聯(lián)電路兩端。
電路振蕩現(xiàn)象可能逐漸消失，也可能持續(xù)不變地維持著。當(dāng)震蕩持續(xù)維持時(shí)，我們稱之為等幅振蕩，也稱為諧振。
大家知道，如上所述的電力設(shè)備其交接或預(yù)防性試驗(yàn)用工頻進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)是最好的，但由于試品電容量大，需要的設(shè)備功率龐大而無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可替代的調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)也由于設(shè)備大且復(fù)雜僅用于對(duì)發(fā)電機(jī)定子的耐壓試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室。70年代末，國外電力部門發(fā)現(xiàn)了直流耐壓試驗(yàn)對(duì)橡塑絕緣是無效的且具有危害性，所以，目前，國內(nèi)已不推薦甚至禁用直流法做XLPE電纜試驗(yàn)。因?yàn)閄LPE電纜致命的一個(gè)弱點(diǎn)是絕緣內(nèi)容易產(chǎn)生水樹枝，在直流電壓作用下會(huì)迅速變?yōu)殡姌渲Σ⑿纬煞烹?，加速了絕緣劣化；而單純的水樹枝在交流工作電壓下還能保持相當(dāng)?shù)哪蛪褐挡⒛鼙３忠欢螘r(shí)間。國內(nèi)外的調(diào)查研究和實(shí)踐都表明，直流耐壓試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下的某些缺陷，如電纜附件內(nèi)的機(jī)械損傷等。而采用超低頻（0.1Hz）交流試驗(yàn)方法設(shè)備體積雖減小了，但也有其局限性。首先，目前國內(nèi)產(chǎn)品均采用半電子半機(jī)械（大功率開關(guān)每5秒切換一次）方式來產(chǎn)生0.1Hz頻率，輸出波形無法達(dá)到等效性好的正弦方波；其次，試驗(yàn)時(shí)間通常要求1小時(shí)（三相同做時(shí)為1小時(shí)，若發(fā)現(xiàn)有缺陷時(shí)再分相做，每相1小時(shí)），工作效率是比較低的；同時(shí)，超低頻（0.1Hz）耐壓試驗(yàn)只適用于中低壓、高壓XLPE電纜，無法滿足超高壓電纜主絕緣的試驗(yàn)要求。
并聯(lián)諧振是一種完全的補(bǔ)償，電源無需提供無功功率，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，而支路的電流往往大于電路的總電流，因此，并聯(lián)諧振也稱為電流諧振。
研究共振現(xiàn)象的目的是了解這一客觀現(xiàn)象，充分利用科學(xué)技術(shù)中共振的特點(diǎn)，同時(shí)預(yù)防產(chǎn)生的危害。根據(jù)電路連接的不同，可分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。
諧振現(xiàn)象是正弦交流電路的一種特定現(xiàn)象，它在電子和通訊工程中得到廣泛應(yīng)用，但在電力系統(tǒng)中，發(fā)生諧振有可能破壞系統(tǒng)的正常工作。
諧振定義：在電路中，當(dāng)兩個(gè)元件的能量由電路中的一個(gè)電抗模塊釋放，而另一個(gè)電抗模塊必須吸收相同的能量時(shí)，兩個(gè)元件的能量相等，即兩個(gè)電抗元件之間會(huì)有能量脈動(dòng)。
串聯(lián)諧振的特點(diǎn)
調(diào)頻信號(hào)的電流是等幅、頻率隨調(diào)制信號(hào)變化的電流。當(dāng)此電流通過斜率鑒頻器的頻率一振幅變換網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的中心頻率為f0，輸入的高頻信號(hào)使LC網(wǎng)絡(luò)一直處于失諧狀態(tài)，即工作于諧振曲線上以A為中心的BC之間的區(qū)域。當(dāng)輸入信號(hào)頻率增大時(shí)，工作點(diǎn)由A向C移動(dòng)，對(duì)應(yīng)的輸出電壓由Uma減小為Umc；反之，當(dāng)輸入信號(hào)頻率減小時(shí)，工作點(diǎn)由A向B移動(dòng)，對(duì)應(yīng)的輸出電壓由Uma增大為Umb。當(dāng)輸入信號(hào)最大頻偏△f變化不大時(shí)，線段BC很短，可近似看作直線，因此它所產(chǎn)生的頻率-振幅變換作用是線性，輸出電壓振幅的變化與輸入信號(hào)頻率的變化呈線性關(guān)系。因此網(wǎng)絡(luò)可以將等幅的調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅-調(diào)頻信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)過二極管包絡(luò)檢波器就能夠解調(diào)出輸出信號(hào)。
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置未串電抗器、負(fù)載快速變化的場(chǎng)合，例如工廠、港口光伏場(chǎng)合等，建議使用靜止無功發(fā)生器SVG進(jìn)行無功補(bǔ)償，全響應(yīng)時(shí)間≤5ms，且是IGBT構(gòu)成的有源型補(bǔ)償裝置，不會(huì)發(fā)生諧振，可以實(shí)現(xiàn)線性補(bǔ)償。
