实验三RLC串联谐振仿真实验

实验三 RLC串联谐振仿真实验

一、实验目的

1、验证RLC串联电路谐振条件及谐振电路的特点。

2、学习使用MULTISIM11仿真软件进行电路模拟。

二、实验原理 1）理论分析

1．发生谐振时满足wL?1； wC11?R?j(wL?)，可见谐振时复阻抗的模最小，jwCwC2．复阻抗Z?R?jwL?即

Z?R；

?UI?，可见谐振时电流值最大。 3．谐振电流?R（2）实例

RLC串联电路图如图1所示。

图1（原理图） 图2（相量图）

?设电源电压U?220?00V，f=50HZ,R=10?,L?5.07mH,C?2mF 理论计算，因为：

??2?f?314,?L?1?1.592?C所以：电路发生谐振；

电流：

U220?00I??A?22?00AR10??电阻R的

??0U?I?R?220?0VR电压：

??

0UL?j?LI?35.024?90V 电感L的电压：

电容C的电

UC??Ij?C??35.024??90V0压：

电流、电阻R相量图如图2所示。

的电压、电感L的电压、电容C的电压的

三、仿真实验

1?C的两种情况对比得出谐振发生的条

1和?C1件，根据原理图1设计仿真实验当?L?时的电感与电容的电压数值，和此时电源电压

?C1、谐振条件的验证：通过设计当?L??L?与电阻电压的波形图相位，如图3和图4所示，

图3（仿真图并测量电感与电容的电压）

图4（电源电压与电阻电压的波形图）

改变电容C的值，其他条件不变时即：

?U?220?00V，f=50HZ,R=10?,L?2mH,C?2mF时设计仿真图如图5

图6（当电路不发生谐振时的电源电压与电阻电压的波形）

根据仿真实验的结果可以知道：当?L?1时电感与电容的电压数值相等，并且此时电源?C1?C时电感与电容的电压数值不相等，并且此

电压与电阻电压的波形图相位相同，当

?L?时电源电压与电阻电压的波形图相位不相同（有相位差如图6）。根据两种情况的比较可以知道：谐振发生的条件是?L?1。 ?C2、RLC串联谐振电路的特点的验证：

在电路中串联一个电流表，并改变电容和电感的数值，记下每一次仿真的电流值的大小，并判断是否发生谐振。仿真图如图7所示，

电感(mH) 1.07 4.07 5.07 8.07 100.07 电容（mF) 2 2 2 3 3 电流(A) 21.829 21.973 22.000 21.765 6.870 是否发生谐振 否 否 是 否 否 表1

图7（在谐振和非谐振时测量电流大小）

1) 有仿真实验图7和表1可知：当电路发生谐振时，电路为阻性，阻抗最小，电流最大。

2) 有仿真图4可以观察到电源电压和电阻负载两端电压的波形同相位，又因为电阻和电

流同相位，所以可知：当电路发生谐振时，电源电压与电流同相位。

红色为电蓝色为

图8（电感和电容的电压波形图）

3) 通过观察仿真图8可知：当电路发生谐振时，电感电压与电容电压大小相等，相位相

反。

四、结论与误差分析

1、在误差允许的范围内，理论结果与仿真结果相同；

2、在用交流电压表测量电感电压与电容电压有微小的误差，主要原因是：电压表有内阻，和在理论计算时对?的取值不精确造成的。

五、实验总结

1. 注意仿真仪表的接线是否正确。

2. 仿真实验时应注意频率和角频率之间换算关系，即??2?f；

3. 由于电流和频率都为近似值，实验值与理论值之间存在误差，应尽量保证数据的准确

性。

4. 每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源，或者暂停来观察波形。