電纜交流耐壓試驗(yàn)裝置原理解析

為什么串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)在發(fā)電機(jī)等設(shè)備的絕緣試驗(yàn)中占據(jù)至關(guān)重要的地位，今天正信電氣來(lái)給大家解釋一下如何諧振及其原理。
01
什么是諧振
基本解釋
又稱“共振”。振蕩系統(tǒng)在周期性外力作用下，當(dāng)外力作用頻率與系統(tǒng)固有振蕩頻率相同或很接近時(shí)，振幅急劇增大的現(xiàn)象。
詳細(xì)解釋
無(wú)線電接收機(jī)中調(diào)諧回路的振蕩頻率與無(wú)線電發(fā)射臺(tái)的振蕩頻率相同時(shí)，接收機(jī)就可以收到發(fā)射臺(tái)的無(wú)線電波，這種現(xiàn)象叫做諧振。有時(shí)也稱共振。
諧振電路是具有電阻r、電感l(wèi)、電容c的交流電路；電路的電壓與電流電路中的相位一般是不同的。
通過調(diào)整電路元件（l或c）或電源頻率的參數(shù)，它們可以具有相同的相位，整個(gè)電路呈現(xiàn)純電阻。這種狀態(tài)時(shí)，稱為共振。
研究共振現(xiàn)象的目的一方面是為了了解這一客觀現(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。如下圖。
串聯(lián)諧振條件
并聯(lián)諧振條件
串聯(lián)諧振情況下，電感電壓和電容電壓是等價(jià)的，即電感電容吸收不同數(shù)目的等效無(wú)功率，使電路吸收的無(wú)功率為0。
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。
為了維持振蕩，勵(lì)磁電源電路必須不斷地提供能量來(lái)補(bǔ)償電阻的熱消耗。與電路中的電磁場(chǎng)總能量相比，每個(gè)振蕩電路消耗的能量越少，電路的質(zhì)量越好。
02
串聯(lián)諧振的原理
首先，諧振是在一定條件下由r、l和c元件組成的電路的特殊現(xiàn)象。當(dāng)c系列電路發(fā)生諧振時(shí)，要分析電路的特性。
如圖1：c系列電路的復(fù)阻抗如下、在正弦電壓作用下，電路的復(fù)阻抗如下。
公式中，電抗x=xl， xc是角頻率w的函數(shù)，x隨w的變化如圖2所示。當(dāng)ω從零開始向∞變化時(shí)，x從﹣∞向﹢∞變化，在ω＜ω0時(shí)、x＜0，電路為容性；在ω＞ω0時(shí)，x＞0，電路為感性；在ω＝ω0時(shí)
電流同相，我們稱之為此時(shí)電路諧振的工作狀態(tài)。由于這種共振發(fā)生在rlc串聯(lián)電路中，我們也可以稱之為串聯(lián)諧振、串聯(lián)諧振電路等。
式1是串聯(lián)電路的諧振條件，從中可以得到諧振角頻率ω。如下式：
諧振頻率為：
由此可見，串聯(lián)電路的諧振頻率是由其自身的參數(shù)l和c決定的，這與外界條件無(wú)關(guān)。當(dāng)電源固定時(shí)，可以調(diào)節(jié)l和c，使電路的固有頻率與電源頻率產(chǎn)生共振。
03
變頻串聯(lián)諧振的計(jì)算方法
變頻串聯(lián)諧振主要是指所研究的串聯(lián)電路的電壓和電流達(dá)到同一相位，即電路中電感的電感電抗和電容電抗的值和時(shí)間相等，使所研究的電路呈現(xiàn)出純的電阻特性。
在給定的端電壓下，所研究的電路中會(huì)出現(xiàn)zui da 電流。電路中消耗的是zui da 的有功功率。
變頻串聯(lián)諧振計(jì)算方法：
z=r+jx，x=0，z=r，i=u/z=u/r
（1）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)。
（2）為了產(chǎn)生共振，電路必須有電感l(wèi)和電容c。
（3）相應(yīng)的共振頻率是以fr表示的共振頻率或共振頻率。
串聯(lián)諧振電路之條件如下：當(dāng)q=qi2，xl=i2，xc或xl=xc時(shí)，得到了r-l-c串聯(lián)電路的諧振條件。
（4）無(wú)論串聯(lián)或并聯(lián)諧振，l和c之間的完全能量交換是在諧振發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，釋放的磁能完全轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能并儲(chǔ)存在電容中，而電容又在另一時(shí)刻放電，然后再轉(zhuǎn)化為電感儲(chǔ)存的磁能。
（5）在串聯(lián)諧振電路中，由于串聯(lián)l、c流過相同的電流，所以能量交換是通過電壓極性的變化進(jìn)行的；在并聯(lián)電路中，l、c的兩端是相同的電壓，因此能量轉(zhuǎn)換是兩個(gè)元件的相反的電流相位。
（6）電感和電容仍然是共振中的兩個(gè)分量，否則能量就不能交換；但從等效阻抗的角度看，它們變成了一個(gè)分量：零電阻或無(wú)限電阻。