LC電路產生高壓解析

19世紀初,一隊拿破崙士兵邁著整齊步伐通過一座大橋時,橋樑突然發生強烈顫動並最終斷裂墜落。經調查,慘劇禍首竟是共振!大隊士兵齊步走,產生某一頻率正好與大橋固有頻率一致,橋樑振動大大加強,以至振幅超過了橋樑的最大限度,導致大橋斷裂。共振現象具有普遍性,在電學領域也存在類似現象,下面以LC諧振電路為例加以說明。

LC電路產生高壓解析
LC電路產生高壓解析

如下圖所示,以電流為參考相量,複數阻抗:Z= R0+j(XL - XC),當調節正弦變頻電源頻率,使感抗等於容抗即XL=XC時,電路對電源呈電阻性,電源電壓與迴路電流同相,此時:

I=U/R0 ,為同等電壓下最大值,電路發生了諧振現象(類似橋樑共振)。

LC電路產生高壓解析

因為R0為電感線圈直流電阻、電源內阻、鐵損及電容介損等效電阻之和,阻值是很小的。

當XL=XC 〉〉R0時:

UL= I*XL= UC = I*XC 〉〉U = I*R0(電源電壓)

電路品質因數Q=UC/U=UL/U表達了諧振時電容(或電感)上的電壓是電源電壓的Q倍,採用優質電工器材,可顯著減小R0,使Q達到幾十甚至上百。

在工程實踐中,常採用電容式分壓器採樣電容端的高壓並在電源顯示器中加以顯示,通過觀察顯示器高壓值就可確定諧振點。因Q值比較大,通頻帶寬度很小,頻率選擇性很強,所以很容易找到電壓最大值以及與其對應的固有諧振頻率。

事物均具有兩面性,一半是天使,一半是魔鬼,我們可以使用L、C互換能量產生的高壓去做設備耐壓試驗,也可用於無線傳輸天線的選頻;但在電力輸配電線路中應避免發生串聯諧振,以防止擊穿電器絕緣而造成系統斷電。


分享到:


相關文章: