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串联谐振与力学波尔共振的关系

作者:武汉鼎升电力自动化有限责任公司时间:2016-06-21 我要发布

关键词: 串联谐振与

 串联谐振装置变电站电气设备交流耐压谐振装置

在研究串联谐振与力学振动关系的时候,其中对电学系统与力学系统比较分析,发现虽然物理过程不同,但串联谐振与力学振动同时遵从运动规律是相同的这一定律,可以进行一定程度上的比较,主要关键词包括串联谐振、幅频特性、相频特性、波尔共振、能量转化。

一、RLC串联谐振电路

RLC串联谐振电路试验中,当电容C、电感L两类元件同时出现在一个电路中时,就会发生一种谐振现象。RLC串联谐振电路将它接在频率可调的音频信号源上,电阻R上的电压UR与回路中的电流I成比例。闭合开关K,若维持信号源的电压US不变(即回路电压不变),从低到高顺序改变信号源的频率f,观察R上的电压幅度UR(正比于回路中电流I的幅度)随信号频率的变化,该图的横坐标用的是相对坐标,使图线更有普遍性。回路电流I的极大值出现在信号源频率f=f0,f0是该电路的谐振频率,它由电路的参数决定。在RLC串联谐振电路中发生电流谐振,I~f/f0曲线称为谐振电路的幅频特性。

如果打开K,使回路电阻增加R1,而其他条件都不变。流过R的电流如图2曲线(2)。与曲线(1)相比,其幅度下降,曲线较平坦,极值点略向低频移动。

把UR输入双踪示波器一端,信号源电压US输入另一端,改变信号源频率f,用“双踪”观察比较回路电流与电压这两个波形。在f=f0时,I的幅度最大,I与US相位相同,此时电路呈纯电阻性,且阻值最小。在ff0时,I的幅度也较小,I落后于US,说明回路的阻抗也较大,但呈电感性。信号源电压US与回路电流I的相位差φ随f变化的特性,称为谐振电路的相频特性。综上所述,串联谐振电路的输入信号频率f由低于电路谐振频率f0向高于f0变化的过程中。

二、串联谐振与波尔共振比较

观察发现,串联谐振电路与波尔共振仪有相同的幅频、相频特性, 由谐振回路中各元件上的电压关系,容易建立描写谐振过程的微分方程,此即为回路中电荷运动所满足的微分方程,谐振频率,它由电路的电感、电容决定,是电路的固有特性。信号源频率。阻尼系数δ与回路的电阻R有关。 式(4)与力学系统受迫振动满足的微分方程相同,这说明在这样的电学系统与力学系统之中,尽管发生的物理过程不同,但它们遵从的运动规律是相同的,可以将它们进行某种类比。在串联谐振电路中,电感和电容是储能元件,磁能和电能在它们之间互相转换,这部分能量是不损耗的,它是在谐振电路开始接通时,经历的暂态过程中,由信号源输入给它的。达到稳定状态后,为了维持震荡,信号源只需不断输入有功功率,以补偿在电阻上的能量损耗。而在波尔共振仪中,类似的能量转化发生在蜗卷弹簧的弹性势能与摆轮的动能之间,而能量损耗主要来自摩擦和电磁阻尼。所以利用这个关系,可以在一个较容易实现的电学系统中或通过计算机进行模拟,来设计一个较复杂的力学系统。

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