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变频串联谐振耐压试验装置之谐振电路
2021-12-08

华天电力专业生产变频串联谐振耐压试验装置,下面为大家介绍谐振电路。


共振是几乎所有科学和技术分支中最重要和最普遍的现象之一。例如,在机械系统中,共振经常出现在支撑质量的梁或弹簧的振动中。振动是由梁偏转或弹簧收缩储存的势能转换为运动质量的动能,以周期性运动来回引起的。在电路中,以电场形式存储在电容器中的能量被转换为电路中的电流,其中电感的作用相当于机械系统中的惯性质量。描述两种共振的方程是相同的,只是它们的系数具有与机械(质量、弹簧常数)或电气(电容、电感)参数相关的值。两个系统之间的另一个重要类比是可以抑制振动;通过机械系统中的摩擦和电路中的电阻。


变频串联谐振耐压试验装置

共振在诸如无线电发射器或电子表中的振荡器之类的设备中非常有用。然而,更常见的是,它们可能会产生有害的机械系统(桥梁、飞机机翼等)的大范围偏转或电压和电流的振荡。控制或防止不需要的共振是工程设计的一个重要方面。由于每个电子元件,甚至连接线,都有一定的电容和电感,因此每个电路中都有可能发生谐振。如您所知,电感值和电容值越小,谐振频率越高。这就是为什么高频电路的设计更加困难,因为即使连接的电感和电容很小也起作用。在这组实验中,您将探索串联 RLC 电路中的谐振。


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画出图 7 中串联谐振电路的所谓谐振曲线。纵轴表示电流(或电阻 R 两端的电压),横轴表示log f 。指出谐振频率f o 和谐振曲线的宽度(带宽),即电路中耗散功率 为最大值的1/2的两个频率之间的间隔D f = 2 pG。计算您可能在实验室中使用的特定组件值的这些数字,例如:R = 1k、C = 1nF、L = 50 mH。


提示:请注意,三个组件与电压源串联,因此很容易写出电流的表达式(使用复数)。对于总电路阻抗等于 R的某个频率,电流达到最大值(谐振)(该频率下的电流相位是多少?)。在半功率频率下,电流降至 I/ Ö 2。


一旦你有了电流的表达式,你就可以在电子表格程序(如 MS Excel)中使用它或使用其他一些软件(如 Matlab)来计算和绘制谐振曲线(比率 V R /V S作为函数的记录 f )。您的报告也将需要它。或者,您可以使用PSPICE模拟电路操作。


库房所需的设备:零件包、原型板、引线、示波器探头。


1. 正弦电压驱动的串联谐振电路


a)    组装下图所示的串联谐振电路。使用 L 的部件套件中的 50 mH 线圈,选择一个不超过 1 k 欧姆的电阻器和一个 1 到几 nF 的电容器。在组装前测量这些组件的值。还可以使用数字欧姆表测量线圈电阻。计算预期的共振频率。


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b)     将一个示波器探头连接到电压源,另一个连接到 R 并同时观察不同示波器通道上的两个信号。注意改变频率时的幅度和相位差。如果发生器的电压幅值随频率变化,可以调整使其保持恒定,否则注意不同频率下的值。获得足够数量的数据点来绘制共振曲线。尝试精确确定曲线峰值处的谐振频率和最大值两侧的半功率点处的频率。还测量V S和V R之间的相移在这三个频率和最大值两侧的其他几个频率。从相位测量中精确地找到谐振频率通常比从幅度中更容易找到。找出相位差为 0、+ 45 o和 – 45 o 的频率。


c)     还使用数字示波器的信号减法功能测量谐振时电容器两端的电压。请注意,它大于发电机电压。这些电压值的比值等于电路的 Q 值。


2. 阶跃电压激励的谐振电路


将波形发生器从正弦波切换为电路谐振频率的方波。电流波形是什么形状?你能解释这个观察吗?


接下来,将方波频率调整到电路谐振频率的十分之一左右。水平展开图像,观察输入信号步进后的信号形状。确定每一步后的振荡频率。该图像显示了任何谐振系统对此处由脉冲(方波)表示的外部干扰的响应。打印示波器图像。


3. 电路模拟。


模拟测量 1 和 2:幅度和相位的频率响应以及方波输入电流的时间相关性。在模拟中使用与实验室中相同的 R、L 和 C 值。将模拟结果与测量结果进行比较。


报告


绘制谐振曲线图,显示振幅(绘图 V R /V S)和相位(Ð V R - Ð V S)作为频率的函数。


将谐振频率的测量值和半功率最大值处的谐振曲线宽度(带宽)与根据已知电路组件计算的值进行比较。


共振曲线上的相位如何变化?


展示和讨论结果的最佳方式是制作共振曲线图,显示实验点以及从电子表格计算出的理论曲线。使用大量计算的频率来获得平滑的曲线。


将1 c) 的结果与计算出的 Q 和从1 b) 中的频率分布获得的 G进行比较。


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