電纜交流耐壓試驗裝置原理解析

為什么串聯諧振交流耐壓試驗在發電機等設備的絕緣試驗中占據至關重要的地位，今天正信電氣來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”。振蕩系統在周期性外力作用下，當外力作用頻率與系統固有振蕩頻率相同或很接近時，振幅急劇增大的現象。
詳細解釋
無線電接收機中調諧回路的振蕩頻率與無線電發射臺的振蕩頻率相同時，接收機就可以收到發射臺的無線電波，這種現象叫做諧振。有時也稱共振。
諧振電路是具有電阻r、電感l、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。
通過調整電路元件（l或c）或電源頻率的參數，它們可以具有相同的相位，整個電路呈現純電阻。這種狀態時，稱為共振。
研究共振現象的目的一方面是為了了解這一客觀現象，充分利用科學技術中共振的特點，同時預防產生的危害。根據電路連接的不同，可分為串聯諧振和并聯諧振。如下圖。
串聯諧振條件
并聯諧振條件
串聯諧振情況下，電感電壓和電容電壓是等價的，即電感電容吸收不同數目的等效無功率，使電路吸收的無功率為0。
電場能量和磁場能量不斷變化，但這部分能量在電場和磁場之間振蕩，整個電路的電磁場能量之和保持不變；勵磁電源電路的能量轉化為電阻加熱。
為了維持振蕩，勵磁電源電路必須不斷地提供能量來補償電阻的熱消耗。與電路中的電磁場總能量相比，每個振蕩電路消耗的能量越少，電路的質量越好。
02
串聯諧振的原理
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象。當c系列電路發生諧振時，要分析電路的特性。
如圖1：c系列電路的復阻抗如下、在正弦電壓作用下，電路的復阻抗如下。
公式中，電抗x=xl， xc是角頻率w的函數，x隨w的變化如圖2所示。當ω從零開始向∞變化時，x從﹣∞向﹢∞變化，在ω＜ω0時、x＜0，電路為容性；在ω＞ω0時，x＞0，電路為感性；在ω＝ω0時
電流同相，我們稱之為此時電路諧振的工作狀態。由于這種共振發生在rlc串聯電路中，我們也可以稱之為串聯諧振、串聯諧振電路等。
式1是串聯電路的諧振條件，從中可以得到諧振角頻率ω。如下式：
諧振頻率為：
由此可見，串聯電路的諧振頻率是由其自身的參數l和c決定的，這與外界條件無關。當電源固定時，可以調節l和c，使電路的固有頻率與電源頻率產生共振。
03
變頻串聯諧振的計算方法
變頻串聯諧振主要是指所研究的串聯電路的電壓和電流達到同一相位，即電路中電感的電感電抗和電容電抗的值和時間相等，使所研究的電路呈現出純的電阻特性。
在給定的端電壓下，所研究的電路中會出現zui da 電流。電路中消耗的是zui da 的有功功率。
變頻串聯諧振計算方法：
z=r+jx，x=0，z=r，i=u/z=u/r
（1）諧振定義：在電路中，當兩個元件的能量由電路中的一個電抗模塊釋放，而另一個電抗模塊必須吸收相同的能量時，兩個元件的能量相等，即兩個電抗元件之間會有能量脈動。
（2）為了產生共振，電路必須有電感l和電容c。
（3）相應的共振頻率是以fr表示的共振頻率或共振頻率。
串聯諧振電路之條件如下：當q=qi2，xl=i2，xc或xl=xc時，得到了r-l-c串聯電路的諧振條件。
（4）無論串聯或并聯諧振，l和c之間的完全能量交換是在諧振發生時實現的。也就是說，釋放的磁能完全轉化為電場能并儲存在電容中，而電容又在另一時刻放電，然后再轉化為電感儲存的磁能。
（5）在串聯諧振電路中，由于串聯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行的；在并聯電路中，l、c的兩端是相同的電壓，因此能量轉換是兩個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，它們變成了一個分量：零電阻或無限電阻。