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变频串联谐振原理分析

来源:美端电气   发布时间:2019-10-02 06:55


变频(frequency conversion)串联谐振应用及在电力工程中的应用案例,由于串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流(Electron flow)的,试验电源只需提供系统有功的消耗(consume),因此其所需电源功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)只有试验容量的1/Q。而且,由于串联谐振试验不需要大功率(High-power)调压装置和工频试验变压(气压变量)器(Transformer),谐振激磁电源只需试验容量的1/Q,使得串联谐振系统重量和体积大大减少。另外,谐振电源是谐振式滤波电路,其能改善输出电压波形,从而防止谐波峰值(peak)对试品的误击穿。而在串联谐振状态下,当试品绝缘(insulated)弱点被击穿时,电路立即脱谐,回路电流迅速下降(descend)为正常试验电流的1/Q,故其还可防止大的短路(电流不经用电器、直接连电源两极)电流对故障点的烧伤。
一、变频串联谐振原理分析(Analyse)
变频(frequency conversion)串联谐振在电阻、电感及电容所组成的串联电路中,当容抗与感抗相等时,电路中的电压与电流相位相同,电路呈现纯电阻性,此即为串联谐振。当电路发生串联谐振时,电路的阻抗Z=R,此时回路总阻抗值最小,回路电流最大值。电感和电容元件串联组成的一端口网络,其等效阻抗,当发生谐振时,其端口电压与电流同相位,即,由此可推得谐振角频率(frequency)和谐振频率分别为,定义谐振时的感抗或容抗 为特性阻抗ρ,则特性阻抗ρ与电阻R的比值(两数相比所得的值)即为品质(Character)因数Q。
电路谐振时阻抗值最小,当端口电压一定时,电路电流将达到最大值,且该值的大小仅与电阻的阻值有关而与电感和电容无关。谐振时电感电压与电容电压数值相等、相位相反,为总电压的Q倍[4],即。RLC串联电路(Series circuit)的电流是电源频率(frequency)的函数,即在电路的电感L、电容C和电源电压US不变的情况下,不同的R值得到不同的Q值,为不同Q值时的电流幅频特性曲线。
为了研究电路参数(parameter)对谐振特性的影响,通常采用通用谐振曲线,串联谐振电路的通用谐振曲线。通用谐振曲线的形状只与Q值有关,且曲线形状越尖锐,电路的选频性能越好。幅值大于峰值的0.707倍所对应的频率(frequency)范围为通带宽,理论推导可得,由该式可知通带宽与品质因数成反比。