串联谐振的概念及应用

在含有电阻、电感和电容的交流电路中，电路两端电压与其电流一般是不同相的，若调节电路参数或电源频率使电流与电压同相，电路呈现纯电阻性，这时电路的工作状态称为谐振。谐振现象是正弦交流电路的一种特定现象，它在电子和通讯工程中得到广泛应用，但在电力系统中，发生谐振有可能破坏系统的正常工作。谐振通常分为串联谐振和并联谐振。

一、串联谐振

1、串联谐振的概念

在电阻、电感和电容组成的串联电路中，当容抗XC与感抗XL相等时，感抗和容抗的作用互相抵消，电路呈现纯电阻性(Z=√R2+(XL-Xc)2=√R2+0=R)，通过电路的电流与电路两端的电压同相，串联电路出现的这种现象称为串联谐振。当电路发生串联谐振时电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。在电感和电容上可能产生比电源电压大很多倍的高电压，因此串联谐振也称电压谐振。

2、串联谐振的特点

1）电路总阻抗Z=R，Z最小，而电流达到最大值(I=U/R)。
2）电感和电容上的电压UL=Uc，当XL=Xc≫R时，UL=Uc将大大超过电源电压U，即UL=Uc≫U，L和C处在高电压下，可能导致L、C的电击穿，对设备的运行不利。

3）因为QL=Qc，所以cosφ=1，QL与Qc不经过电源而在电容与电感之间直接进行能量的交换。当电感需要QL时，正好电容输出Qc，反之亦然。

4）电路的谐振频率f0为

f0=1/2π√LC 。在L和C已定的情况下，当电源频率f=f0时，就会发生串联谐振。

3、串联谐振的应用

1）串联谐振装置是运用串联谐振原理设计的最新型交流耐压试验设备。一套串联谐振耐压试验设备，可兼顾电力变压器、交联电缆、开关柜、电动机、发电机、GIS和SF6开关、母线、套管、CT、PT等试品的交流耐压试验，是全能型的交流耐压设备。

2）利用串联谐振产生工频高电压，应用在高电压技术中，为变压器等电力设备做耐压试验，可以有效的发现设备中危险的集中性缺陷，是检验电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法。

3）在收音机中，常利用串联谐振电路来选择电台信号，这个过程叫做调谐。各种不同频率信号的电波在天线上产生不同频率的电信号，如果振荡电路对某一信号频率发生谐振时，回路中该信号的电流最大，在电容器两端产生一个高于此信号电压数倍的电压。而对于其它各种频率的信号，因为没有发生谐振，在回路中电流很小，从而被电路抑制掉。所以可以通过改变电容C，以改变回路的谐振频率来选择所需要的电台信号。

二、并联谐振

1、并联谐振的概念

在电阻、电容和电感组成的并联电路中，当Q=QL-Qc=0时，电路的电压U与总电流I同相，cosφ=1，整个电路呈现纯电阻性，并联电路出现的这种现象称为并联谐振。并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的 有功功率。谐振时电路的总电流最小，而各支路的电流往往大于电路的总电流，因此并联谐振也称为电流谐振。

2、并联谐振的特点

1）电路的总电流I=I1cosφ1=I1p为最小。

2）电感支路与电容支路的I1sinφ1=Ic。由于这两个电流大小相等、相位相反，在电路进入稳态后，它们可以自己互相交换而不需再向电源索取，并且当

Xc=(R2+X2L)/XL≪(R2+X2L)/R时，这两条支路的电流I1和Ic会大大超过电路总电流I。

3）电路的功率因数cosφ=1，电源只供给有功功率，L和C所需的无功功率，在L与C之间(不经电源)相互交换。

4）电路的谐振频率f0，在R=0时，为f0=1/2π√LC

3、并联谐振的应用

1）并联谐振现象在电子技术中常被用作振荡器、选频放大器。

2）利用并联谐振的原理，可以补偿和改善设备或电路的功率因数。例如用电容器以补偿或改善感性负载的功率因数；用电感线圈以补偿或改善容性负载的功率因数。

3）发生并联谐振时，在电感和电容元件中流过很大的电流，因此会造成电路的熔断器熔断或烧毁电气设备的事故；但在无线电工程中往往用来选择信号和消除干扰。