一个关于交流电路谐振现象的仿真实验

对于一个具有电阻、电感、电容的交流电路中，交流电源两端的电压一般不和它输出的电流同相位。如果调节电路的参数或者电源频率使它们同相位，这时电路就发生了谐振现象。按照发生谐振现象的电路不同，可以分为串联谐振和并联谐振。

1、串联谐振

在R、L、C串联电路中，但满足感抗XL等于容抗XC时，即电源的输出电压和输出电流同相位，就会发生谐振现象。因为发生串联电路中，所以也称为串联谐振。

为了更加深入了解串联谐振的现象，在matlab/simulink中搭建交流串联R、L、C电路。设置交流电源幅值为220V，频率为50Hz，电阻为10欧姆，根据串联电路发生谐振的条件，设置L为 0.0318H，C为3.1831e-04F，仿真结果下图所示。

通过对仿真波形进行分析可知：

（1）串联电路发生谐振时，电路中的阻抗值达到最小。在电源电压不变情况下，电路发生了串联谐振使得电路中的电流达到最大值。

（2）由于电源的电压和它输出电流同相位，则电路对电源呈阻性。电源提供给电路的能量全被电阻消耗掉，电源与电路之间不存在能量交换。能量交换只发生在电感线圈和电容之间。

（3）由于发生串联谐振时，感抗等于容抗，电感两端的电压和电容两端电压幅值相等，相位正好相反，相互抵消，对整个电路不起作用。

（4）把电阻值由10欧姆调整为5欧姆时，其它条件不变。此时感抗等于容抗大于阻抗，电源电压波形、电感两端的电压波形和电容两端电压波形如下图所示。从图中可知，电感两端的电压和电容两端电压要远大于电源电压，即发生了过电压，可能会使线圈和电容的绝缘被击穿。所以在电力工程中要避免发生串联谐振现象。

2、并联谐振

在R、L、C并联电路中，但满足感抗XL等于容抗XC时，即电源的输出电压和输出电流同相位，就会发生谐振现象。因为发生并联电路中，所以也称为并联谐振。

为了更加深入了解并联谐振的现象，在matlab/simulink中搭建交流并联R、L、C电路。设置交流电源幅值为220V，频率为50Hz，电阻为10欧姆，根据并联电路发生谐振的条件，设置L为 0.0318H，diangon.com C为3.1831e-04F，仿真结果下图所示。

 

通过对仿真波形进行分析可知：

（1）电路发生并联谐振时，电路的阻抗的模数达到最大值，从而使电路电流达到最小值。

（2）电源电压和电源电流同相位，电路对电源呈阻性。

（3）并联谐振时，电感支路和电容支路电流基本相等。在电子技术中利用电路发生并联谐振时阻抗模高的特点用来选择信号或者消除干扰。

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