谐振

  仪器信息网 ·  2009-04-04 23:33  ·  24809 次点击
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谐振定义
谐振解析
电路谐振
谐振子
谐振器
谐振定义
谐振即物理的简谐振动,物体在跟偏离平衡位置的位移成正比,且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动。其动力学方程式是F=-kx。
谐振的现象是电流增大和电压减小,越接近谐振中心,电流表电压表功率表转动变化快,但是和短路得区别是不会出现零序量。
在物理学里,有一个概念叫共振:当策动力的频率和系统的固有频率相等时,系统受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。电路里的谐振其实也是这个意思:当电路的激励的频率等于电路的固有频率时,电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上,共振和谐振表达的是同样一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法而已。
收音机利用的就是谐振现象。转动收音机的旋钮时,就是在变动里边的电路的固有频率。忽然,在某一点,电路的频率和空气中原来不可见的电磁波的频率相等起来,于是,它们发生了谐振。远方的声音从收音机中传出来。这声音是谐振的产物。
谐振解析
谐振电路都有一个特点,容抗等于感抗,电路呈阻性:
那么就有ωL=1/ωC
因为LC都是有知条件,那么可以把谐振的频率点算出来。
品质因数Q=ωL/R,所谓品质因数如果为28,那么并联的谐振电路就是电流减少了28倍;如果是串联的谐振电路,那么就是电压增加了28倍。
那么现在串联谐振点下的电压为施加的电压乘以品质因数。
如果已知条件告诉你的施加电压为峰值,那么就直接相乘;如果已知条件告诉你的施加电压为有效值,那么还需要将算出来的电压再乘以1.414得出峰值。
补充回答:
你想想看,因为有个前提条件ωL=1/ωC
品质因数Q=ωL/R,我考虑了电感,那么电容不是也考虑进去了吗?
首先你要清楚串联谐振实际应用中会用到哪些设备:
要谐振,当然要满足ωL=1/ωC,这其中我们可以改变三个参数来实现谐振,电容C电感L和频率ω,那么现实应用中被试品是电容,电容的大小是固定的,我们可以通过串并联电容改变电容的大小,但很麻烦;那么我们可以改变电感L,以前也使用过可调电感,但实际应用很不方便,体积也比较庞大,所以后来使用最多的也就是改变频率,也就是调频电源。
谐振回路中首先将电源接至可调电源,由可调电源输入电压到励磁变压器的二次端,由励磁变压器变压到一次高压再串联电感,将电感的另一头接到被试品上。这里品质因数Q增大电压的倍数指的是实际加到被试品上的电压也就是电感另一头的电压除以励磁变的高压侧电压。
谐振变压器当然也会饱和,励磁变就是一个变压器,只要是个变压器它就存在铁芯饱和问题,我们实际应用中要计算一下这个变压器的额定电流,看看会不会超过实际容量。如果超过了电感或者励磁变的额定电流就不光是饱和的问题了,就存在损坏试验设备的问题了。
如被试品的电容是0.24μF,电感是500H,励磁变的一次额定电流为2A,电感的额定电流也是2A,那么我们算一下,ωL=1/ωC,那么谐振频率就是91.28HZ,算一下,如果我在被试品上加17.4KV电压,那么一次电流就等于
I=ωCU=2πfCU=2*3.14*91.28*0.24*0.000001*17400=2.39A
这个时候电流就超过了试验设备的额定电流,这个时候我们可以算一下,再串联一个同样的电感,电感变为1000H,谐振频率变为64.55HZ,一次电流就变为1.69A就可以了。
我们实际应用中如果电流肯定大于2A,那么一般我们可以这样做,再并联一个电抗器,这个时候电抗器就可以承受4A,当然电感也变小一倍,再将励磁变的一次电流改为4A的。(励磁变的一次电流是可以通过串并联绕组改变的)这个时候如果谐振频率不能达到你的要求,可以并联电容等等方法来实现。
电路谐振
含有电感线圈和电容器的无源(指不含独立电源)线性时不变电路在某个特定频率的外加电源作用下,对外呈纯电阻性质的现象。这一特定频率即为该电路的谐振频率。以谐振为主要工作状态的电路称谐振电路。无线电设备都用谐振电路完成调谐、滤波等功能。电力系统则需防止谐振以免引起过电流、过电压。
电路中的谐振有线性谐振、非线性谐振和参量谐振。前者是发生在线性时不变无源电路中的谐振,以串联谐振电路中的谐振为典型。非线性谐振发生在含有非线性元件电路内。由铁心线圈和线性电容器串联(或并联)而成的电路(习称铁磁谐振电路)就能发生非线性谐振。在正弦激励作用下,电路内会出现基波谐振、高次谐波谐振、分谐波谐振以及电流(或电压)的振幅和相位跳变的现象。这些现象统称铁磁谐振。参量谐振是发生在含时变元件电路内的谐振。一个凸极同步发电机带有容性负载的电路内就可能发生参量谐振。
所谓谐振,按电路理论,它是正弦电压加在理想的(无寄生电阻)电感或电容串联电路上。当正弦频率为某一值时,容抗与感抗相等,电路的阻抗为零,电路电流达到无穷大;如果正弦电压加在电感和电容并联电路上,当正弦电压频率为某一值时,电路的总导纳(导纳是阻抗的倒数)为零,电感、电容元件上电压为无穷大。前者称为串联谐振,后者称为并联谐振。
谐振子
把振动物体看作不考虑体积的微粒(或者质点,点电荷)的时候,这个振动物体就叫谐振子。
所谓谐振,在运动学就是简谐振动,该振动是物体在一个位置附近往复偏离该振动中心位置(叫平衡位置)进行运动,在这个振动形式下,物体受力的大小总是和他偏离平衡位置的距离成正比,并且受力方向总是指向平衡位置。
电学谐振指的是电磁学物理量的强度在一个中值上下进行波动,也是类似运动学谐振的。
振动是粒子运动的另一种形式,谐振子(harmonicoscillator)的振动,也是最简单的理想振动模型。这里将把定态薛定谔方程应用于一维谐振子和三维谐振子系统,求解得到其波函数和能量。
谐振器
石英晶体谐振器
1.概念:
石英晶体谐振器又称为石英晶体,俗称晶振.是利用石英晶体的压电效应而制成的谐振元件。与半导体器件和阻容元件一起使用,便可构成石英晶体振荡器。
压电效应:
对某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移,产生极化,从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在一定应力范围内,机械力与电荷呈线性可逆关系。这种现象称为压电效应。
作用:提供系统振荡脉冲,稳定频率,选择频率。
2.主要参数:
a.标称频率:在规定条件下,晶振的谐振中心频率。
b.调整频差:在规定条件下,基准温度时的工作频率相对标称频率的最大偏离值.(ppm)。
c.温度频差:在规定条件下,在整个工作温度范围内,相对于基准温度时工作频率的允许偏离值。
d.负载谐振电阻:晶振与指定外部电容相串联,在负载谐振频率时的电阻值。
e.负载电容:是指与晶振一起决定负载谐振频率的有效外界电容。常用标准值有:12pF、16pF、20pF、30pF。
谐振器就起谐振的作用.它能和容性或感性负载一起呈纯阻性作用。
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