谐振电路分析

谐振电路分析

谐振即物理的简谐振动，物体的加速度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。

在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的。如果调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们相位相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。在谐振状态下，电路的总阻抗达到极值或近似达到极值。研究谐振的目的就是要认识这种客观现象，并在科学和应用技术上充分利用谐振的特征，同时又要预防它所产生的危害。按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振两种。

串联谐振基本原理

串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容组成LC串联回路，调节变频电源输出的电压频率，实现串联谐振。

与回路中的容抗值Xc相根据谐振原理，我们知道当前电抗器L的感抗值X

L

等时，回路达到谐振状态，此时回路中仅回路电阻R消耗有功功率，而无功功率则在电抗器与试品电容之间来回振荡，从而在试品上产生高压。

谐振频率：

并联谐振：在电阻、电容、电感并联电路中，出现电路端电压和总电流同相位的现象，叫做并联谐振，其特点是：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，而支路电流往往大于电路中的总电流，因此，并联谐振也叫电流谐振。

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。

串联谐振和并联谐振区别

区别1

1.从负载谐振方式划分，可以为并联逆变器和串联逆变器两大类型，下面列出

串联逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较：

串联逆变器和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联。

（1）串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供电。因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。

并联逆变器的负载电路对电源呈现高阻抗，要求由电流源供电，需在直流电源末端串接大电抗器。但在逆变失败时，由于电流受大电抗限制，冲击不大，较易保护。

区别2

（2）串联逆变器的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压一φ角。

并联逆变器的输入电流恒定，输出电压近似正弦波，输出电流为矩形波，换流是在谐振电容器上电压过零以前进行，负载电流也总是越前于电压一φ角。这就是说，两者都是工作在容性负载状态。

（3）串联逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。即应有一段时间(t )使所有晶闸管（其它电力电子器件）都处于关断状态。此时的杂散电感，即从直流端到器件的引线电感上产生的感生电势，可能使器件损坏，因而需要选择合适的器件

的浪涌电压吸收电路。此外，在晶闸管关断期间，为确保负载电流连续，使晶闸管免受换流电容器上高电压的影响，必须在晶闸管两端反并联快速二极管。

并联逆变器是恒流源供电，为避免滤波电抗Ld上产生大的感生电势，电流必须连续。也就是说，必须保证逆变器上、下桥臂晶闸管在换流时，是先开通后关断，也即在换流期间(tγ)内所有晶闸管都处于导通状态。这时，虽然逆变桥臂直通，由于Ld足够大，也不会造成直流电源短路，但换流时间长，会使系统效率降低，因而需缩短tγ，即减小Lk值。

区别3

（4）串联逆变器的工作频率必须低于负载电路的固有振荡频率，即应确保有合适的t 时间，否则会因逆变器上、下桥臂直通而导致换流的失败。

并联逆变器的工作频率必须略高于负载电路的固有振荡频率，以确保有合适的反压时间t ，否则会导致晶闸管间换流失败；但若高得太多，则在换流时晶闸管承受的反向电压会太高，这是不允许的。

（5）串联逆变器的功率调节方式有二：改变直流电源电压Ud或改变晶闸管的触发频率，即改变负载功率因数cosφ。

并联逆变器的功率调节方式，一般只能是改变直流电源电压Ud。改变cosφ虽然也能使逆变输出电压升高和功率增大，但所允许调节范围小。

（6）串联逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断前其电流已逐渐减小到零，因而关断时间短，损耗小。在换流时，关断的晶闸管受反压的时间(t +tγ)较长。

区别4

并联逆变器在换流时，晶闸管是在全电流运行中被强迫关断的，电流被迫降至零以后还需加一段反压时间，因而关断时间较长。相比之下，串联逆变器更适宜于在工作频率较高的感应加热装置中使用。

（7）串联逆变器的晶闸管所需承受的电压较低，用380V电网供电时，采用1200V 的晶闸管就行，但负载电路的全部电流，包括有功和无功分量，都需流过晶闸管。逆变晶闸管丢失脉冲，只会使振荡停止，不会造成逆变颠覆。

并联逆变器的晶闸管所需承受的电压高，其值随功率因数角φ增大，而迅速增加。但负载本身构成振荡电流回路，只有有功电流流过逆变晶闸管，而且逆变晶闸管偶而丢失触发脉冲时，仍可维持振荡，工作比较稳定。

（8）串联逆变器可以自激工作，也可以他激工作。他激工作时，只需改变逆变触发脉冲频率，即可调节输出功率；而并联逆变器一般只能工作在自激状态。

（9）在串联逆变器中，晶闸管的触发脉冲不对称，不会引入直流成分电流而影响正常运行；而在并联逆变器中，逆变晶闸管的触发脉冲不对称，则会引入直流成分电流而引起故障。

区别5

（10）串联逆变器起动容易，适用于频繁起动工作的场合；而并联逆变器需附加起动电路，起动较为困难。

（11）串联逆变器中的晶闸管由于承受矩形波电压，故du /dt值较大，吸收电路起着关键作用，而对其di/dt要求则较低。

在并联逆变器中，流过逆变晶闸管的电流是矩形波，因而要求大的di/dt，而对du/dt的要求则低一些。

（12）串联逆变器的感应加热线圈与逆变电源(包括槽路电容器)的距离远时，对输出功率的影响较小。如果采用同轴电缆或将来回线尽量靠近(扭绞在一起更好)敷设，则几乎没有影响。而对并联逆变器来说，感应加热线圈应尽量靠近电源(特别是槽路电容器)，否则功率输出和效率都会大幅度降低。

（13）串联逆变器感应线圈上的电压和槽路电容器上的电压，都为逆变器输出电压的Q倍，流过感应线圈上的电流，等于逆变器的输出电流。

并联逆变器的感应线圈和槽路电容器上的电压，都等于逆变器的输出电压，而流过它们的电流，则都是逆变器输出电流的Q倍。

综上所述，并联逆变器和串联逆变器（通称并联或串联变频电源）各有其自己的技术特点和应用领域。从工业加热应用的角度，并联逆变器广泛应用于熔炼、保温、透热、感应加热热处理等各种领域，其功率可以从几千瓦到上万千瓦。串联逆变器广泛应用于熔炼——保温的一拖二炉组以及高Q值高频率的感应加热场合，其功率可以从几千瓦到几千千瓦。目前我国工业上采用的变频电源90%以上属并联变频电源。