串聯(lián)諧振方案
串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的特性有哪些
發(fā)布日期：2020-05-09 點擊：3013次
諧振回路有并聯(lián)回路和串聯(lián)回路兩種形式。而串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振回路的阻抗特性會受到諧振阻抗、諧振特性阻抗和諧振品質(zhì)因素等影響，但是實際上串并聯(lián)諧振回路的特性阻抗是有諧振回路決定的。那么到底什么是諧振回路的阻抗特性，串聯(lián)諧振及并聯(lián)諧振回路阻抗又有什么特點和區(qū)別呢?
串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的回路阻抗特性
1.串聯(lián)諧振回路的阻抗特性：回路輸出電流輸入信號頻率而變化的熱性成為回路的選頻特性，回路發(fā)生串聯(lián)諧振時，因回路阻抗最小，流失回路的電流最大。
a.阻抗特性回路諧振時，回路的感抗于容抗相等，互相抵消，回路阻抗最小，且為純阻;
b.回路失諧時，串聯(lián)諧振電路回路阻抗增加，相位值增大。當(dāng)W>W0時，串聯(lián)回路阻抗呈感性;當(dāng)W>W0時，串聯(lián)回路阻抗呈容性。
2.并聯(lián)諧振回路的阻抗特性：
并聯(lián)諧振回路的特點是，諧振時回路阻抗最大且為純電阻，即Z0=R0=;諧振阻抗為感抗或容抗的Q倍，
即Z0=Qω0L=Q∕ω0C。
當(dāng)電流一定時，電感或電容兩端的電壓最大，若偏離諧振頻率，回路阻抗及電壓將明顯減小。
3.串并聯(lián)回路的比較
相頻特性：串聯(lián)回路的相頻特性為正協(xié)率，并聯(lián)電路的相頻特性為負(fù)斜率，且最大相移為±90.
4.實際運用中:串聯(lián)回路適合信號源和負(fù)載串接，從而使信號電流有效的送給負(fù)載;并聯(lián)回路適合信號源和負(fù)載并接，使信號在負(fù)載上得到的電壓振幅最大
諧振回路屬于無源濾波網(wǎng)絡(luò)，其作用是
選頻濾波：從輸入信號中選出有用頻率分量，抑制無用頻率分量或噪音;
阻抗變換電路及匹配電路;
實現(xiàn)頻幅，頻相變換：將頻率的變化轉(zhuǎn)化為振幅或相位的變化;將在頻率調(diào)制中講。
并聯(lián)諧振阻抗特性分析要將輸入信號頻率分成多種情況進(jìn)行：
1.輸入信號頻率等于諧振頻率fo
當(dāng)信號頻率等于LC串聯(lián)諧振電路的諧振頻率fo時，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，串聯(lián)諧振電路的阻抗最小且為純阻性(不為容性也不為感性)，其值為屆(純阻性)。
當(dāng)信號頻率偏離LC諧振電路的諧振頻率時.電路的阻抗均要增大，且頻率偏離的量越大，電路的阻抗就越大，這一點恰好是與LC并聯(lián)諧振電路相反的。
要記住：串聯(lián)諧振時電路的阻抗最小。
2.輸入信號頻率高于諧振頻率fo
當(dāng)輸入信號頻率高于諧振頻率時，LC串聯(lián)諧振電路為感性，相當(dāng)于一個電感
在電力系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致，當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波，而許多用電設(shè)備又是感性負(fù)載，如配電變壓器、電動機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償與諧波治理方案分別是設(shè)置并聯(lián)電容器和LC振蕩電路，這些都需要電容器參與工作，而電容器和電網(wǎng)中的諧波又有相互影響，以下分別就并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振對諧波的影響分別分析：
一.并聯(lián)諧振對諧波的影響
并聯(lián)諧振主要影響是對諧波電流的放大。
1.并聯(lián)電容器對諧波電流放大的原理。在沒有電容設(shè)備且不考慮輸電線路的電容時。電力系統(tǒng)的諧波阻抗Zsn由下式表示：
Zsn=Rsn+jXsn=Rmsn+JNXs
式中Rsn——系統(tǒng)的n次諧波電阻;
Xs——n次諧波電抗，Xsn=nXs;Xs——工頻短路電抗。
設(shè)并聯(lián)電容器的基波電抗為Xc，n次諧波電抗為Xcn，則Xcn=(1/n)Xc。
并聯(lián)電容器后，系統(tǒng)的諧波等效電路如圖所示，系統(tǒng)的n次諧波阻抗變?yōu)閆’sn。
由上式可見，裝設(shè)電容器之后，系統(tǒng)諧波阻抗發(fā)生變化。既可為感性也可為容性，并對特定頻率的諧波，并聯(lián)電容器可與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使等效諧波阻抗達(dá)到最大值。
電力系統(tǒng)中主要諧波源為電流源，其主要特征是外阻抗變化時電流不變，圖2示出電力系統(tǒng)的簡化電路圖，圖3為其諧波等效電路，圖中，In為諧波源的n次諧波電流，Isn為進(jìn)入電網(wǎng)的諧波電流，Icn為進(jìn)入電容器的諧波電流。
在這種情況下，Isn和Icn分別為(并聯(lián)電路分流公式)
由上述兩式看到，當(dāng)Xsn=Xcn時，并聯(lián)電容器與系統(tǒng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振，Isn，即當(dāng)諧波源中含有次數(shù)為√Xc/Xs，√Xc/Xs的諧波時，將引起諧振，若諧波源中含有次數(shù)接近√Xn/Xs的諧波，雖不諧振，但也會導(dǎo)致該次諧波被放大。
二.串聯(lián)諧振對諧波的影響
傳統(tǒng)的濾波裝置LC濾波器就是利用串聯(lián)諧振設(shè)備的原理對諧波進(jìn)行抑制的，LC濾波器也稱無源濾波器，由濾波電容器、電抗器串聯(lián)組合而成，與諧波源并》
除起濾波作用外，還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰?，以下以單調(diào)諧LC振蕩電路來加以說明。
單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器是利用串聯(lián)L、C諧振原理構(gòu)成的。諧振次數(shù)JIc電路結(jié)構(gòu)及阻抗頻率特性曲線如圖4。
濾波器對n次諧波(Wn=NWs)的阻抗為
式中，下標(biāo)表示第n次單調(diào)諧濾波器
由上式可畫出濾波器阻抗隨頻率變化的關(guān)系曲線。
在諧振點處，Zfn=Rfn，因Rfn很小，n次諧波電流主要由Rfn分流，很少流入電網(wǎng)中，而對于其他次數(shù)諧波，Zfn>>Rfn，濾波器分流很少，因此，簡單地說，只要將濾波器的諧振次數(shù)設(shè)定為所需濾除的諧波次數(shù)一樣，則該次諧波將大部分流入濾波器，從而起到濾除該次諧波的目的。
總結(jié)：無功補(bǔ)償電容與電力系統(tǒng)中的電感構(gòu)成了局部電感、電容回路，它們的組合可能會產(chǎn)生并聯(lián)諧振，會對某次諧波電流起到放大作用，加劇了諧波危害;當(dāng)它們構(gòu)成的局部諧波回路的頻率與系統(tǒng)中存在的某次諧波頻率相近時，就會造成危險的過電流和過電壓，這時可給并聯(lián)電容器串一定電抗的方法，改變并聯(lián)電容器與系統(tǒng)阻抗的諧振點，以避免并聯(lián)諧振。
同時對于含有諧波的電網(wǎng)，在諧波源處裝設(shè)LC無源調(diào)諧濾波裝置，吸收諧波電流，有效地減少諧波量。
