串聯(lián)諧振方案
串聯(lián)諧振電路研究問(wèn)題
發(fā)布日期：2020-05-09 點(diǎn)擊：3794次
1、R L C串聯(lián)電壓諧振
在具有電阻、 電感和電容元件的電路中，電路兩端的電壓與電路中的電流一般是不同相的。如果我們調(diào)節(jié)電路中電感和電容元件的參數(shù)或改變電源的頻率就能夠使得電路中的電流和電壓出現(xiàn)了同相的情況。電路的這種情況即電路的這種狀態(tài)稱為諧振。R、L、C串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。
在由線性電阻R、電感L、電容c組成的串聯(lián)電路中，如圖8-1所示。
當(dāng)感抗和容抗相等時(shí)，電路的電抗等于零即
即電源電壓u與電路中電流i同相，由于是在串聯(lián)電路中出現(xiàn)的諧振故稱為串聯(lián)諧振。
諧振頻率用f 0表示為
諧振時(shí)的角頻率用w0表示為
諧振時(shí)的周期用T0表示為
串聯(lián)電路的諧振角頻率ω 0頻率f 0，周期T0，完全是由電路本身的有關(guān)參數(shù)來(lái)決定的，它們是電路本身的固有性質(zhì)，而且每一個(gè)R、L、C串聯(lián)電路，只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的諧振頻f 0和 周期T0。因而，對(duì)R、L、C串聯(lián)電路來(lái)說(shuō)只有將外施電壓的頻率與電路的諧振頻率相等時(shí)候，電路才會(huì)發(fā)生諧振。在實(shí)際應(yīng)用中，往往采用兩種方法使電路發(fā)生諧振。一種是當(dāng)外施電壓頻率f固定時(shí)，改變電路電感L或電容C參數(shù)的方法，使電路滿足諧振條件。另一種是當(dāng)電路電感L或電容C參數(shù)固定時(shí)，可用改變外施電壓頻率f的方法，使電路在其諧振頻率下達(dá)到諧振?？傊赗、L、C串聯(lián)電路中，f、L、C三個(gè)量，無(wú)論改變哪一個(gè)量都可以達(dá)到諧振條件，使電路發(fā)生諧振。
R L C串聯(lián)電壓諧振特征
串聯(lián)諧振具有以下主要特征：
(1) 電路的阻抗
電路對(duì)電源呈現(xiàn)電阻性，其值很小。電源供給電路的能量全被電阻所消耗，電源與電路之間不發(fā)生能量互換。能量互換只能發(fā)生在電感線圈L與電容器C之間。
(2) 電路的電流
當(dāng)電源電壓U不變的情況下，見(jiàn)圖7-2所示。電路的電流將在諧振時(shí)達(dá)到最大值。電流的大小決定于電阻的大小，電阻R越小，電流就越大，當(dāng)電阻R趨近于零時(shí)，則電流趨向無(wú)窮大。當(dāng)電阻R越大時(shí)則電流就越小。
諧振現(xiàn)象是正弦穩(wěn)態(tài)電路的一種特定的工作狀態(tài)。通常，諧振電路由電容、電感和電阻組成，可分為串聯(lián)諧振電路、并聯(lián)諧振電路和耦合諧振電路等。但本文主要對(duì)串聯(lián)諧振進(jìn)行研究，由于諧振電路具有良好的選擇性，串聯(lián)諧振時(shí)電感電壓或電容電壓大于激勵(lì)電壓的現(xiàn)象，在無(wú)線電通信技術(shù)領(lǐng)域獲得了有效的應(yīng)用，當(dāng)在某個(gè)頻率或頻帶上調(diào)諧時(shí)，就可使該頻率或頻帶內(nèi)的信號(hào)特別增強(qiáng)，而把其他頻率或頻帶內(nèi)的信號(hào)濾去，這種性能即稱為諧振電路的選擇性。
實(shí)驗(yàn)原理：
RLC串聯(lián)電路如圖所示,改變電路參數(shù)L、C或電源頻率時(shí)，都可能使電路發(fā)生諧振。
諧振頻率僅與原件L、C的數(shù)值有關(guān),而與電阻R和激勵(lì)電源的頻率f無(wú)關(guān)，當(dāng)f<f0時(shí)，電路呈容性；當(dāng)f>f0時(shí)，電路呈感性。
電路處于諧振狀態(tài)時(shí)的特性
1）回路阻抗Z0=R,| Z0|為最小值，整個(gè)回路相當(dāng)于一個(gè)純電阻電路。
2）回路電流I0的數(shù)值最大，I0=US/R。
3）電阻上的電壓UR的數(shù)值最大，UR =US。
4）電感上的電壓UL與電容上的電壓UC數(shù)值相等，相位相差180°，UL=UC=QUS。
諧振曲線
電路中電壓與電流隨頻率變化的特性稱頻率特性，它們隨頻率變化的曲線稱頻率特性曲線，也稱諧振曲線。
改變電源頻率f，可得到響應(yīng)電壓隨電源頻率f變化的諧振曲線，回路電流與電阻電壓成正比。從圖中可以看到，U0的最大值在諧振頻率f0處，而后改變輸出電壓，使其達(dá)到最大值的 2/2處，測(cè)得fL和fH求出通頻帶寬。
結(jié)論
RLC串聯(lián)諧振電路在發(fā)生諧振時(shí)，電感上的電壓UL與電容上的電壓UC大小相等，相位相反。幅頻特性曲線和相頻特性曲線也顯示了諧振點(diǎn)的頻率與理論計(jì)算值一致，大大加深了對(duì)諧振電路的理解，具有直觀性這時(shí)電路處于純電阻狀態(tài)， 且阻抗最小， 激勵(lì)電源的電壓與回路的響應(yīng)電壓同相位。諧振頻率f0與回路中的電感L和電容C有關(guān)， 與電阻R和激勵(lì)電源無(wú)關(guān)。品質(zhì)因數(shù)Q值反映了曲線的尖銳程度，電阻R的阻值直接影響。
四方國(guó)瑞電力是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)串聯(lián)諧振的廠家，本公司生產(chǎn)的串聯(lián)諧振在行業(yè)內(nèi)都廣受好評(píng)，以打造最具權(quán)威的“串聯(lián)諧振“高壓設(shè)備供應(yīng)商而努力。
電力電纜采用變頻諧振耐壓試驗(yàn)的背景與優(yōu)勢(shì)分析
與架空線路相比，電纜線路具有敷設(shè)隱蔽、受氣候干擾小、少維護(hù)、對(duì)城市市容影響小等優(yōu)勢(shì)，在城市電網(wǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，而且電纜化率也成為衡量城市電網(wǎng)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。隨著油浸紙絕緣電力電纜逐步退出歷史舞臺(tái)，代之以安裝簡(jiǎn)便、沒(méi)有漏油困擾的橡塑絕緣電力電纜，其中交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜更因?yàn)殡姎鈾C(jī)械性能好、傳輸容量大、施工安裝靈活而成為主流電纜。
為了保證線路安全運(yùn)行，電力電纜投入運(yùn)行前必須進(jìn)行交接驗(yàn)收試驗(yàn)，以避免機(jī)械損傷、安裝工藝缺陷等問(wèn)題引起運(yùn)行故障損失 ；在電力電纜運(yùn)行期間，也要定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患和潛伏性缺陷。在這些試驗(yàn)中，按照被試絕緣的危險(xiǎn)程度分為非破壞性試驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)兩大類，前者因?yàn)槭┘拥碾妷旱陀陬~定電壓，不會(huì)損傷電纜的絕緣性能而被稱為非破壞性試驗(yàn)，主要試驗(yàn)項(xiàng)目包括絕緣電阻測(cè)量、泄漏電流測(cè)量、介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量等 ；后者要在高于工作電壓條件下進(jìn)行試驗(yàn)，可能引起絕緣損傷和破壞，故稱之為破壞性試驗(yàn)，主要試驗(yàn)項(xiàng)目是直流耐壓試驗(yàn)和交流耐壓試驗(yàn)。雖然非破壞性試驗(yàn)?zāi)馨l(fā)現(xiàn)許多絕緣缺陷，但因?yàn)樵囼?yàn)電壓較低，某些局部缺陷還是不能夠被檢出，所以必須通過(guò)破壞性試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步暴露這些缺陷。直流耐壓試驗(yàn)設(shè)備體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，同時(shí)早期的油浸紙絕緣電力電纜的絕緣結(jié)構(gòu)為油和紙的組合，采用直流耐壓試驗(yàn)不會(huì)因累積電荷而造成絕緣損傷，所以曾經(jīng)很長(zhǎng)一段時(shí)間作為現(xiàn)場(chǎng)的主要試驗(yàn)項(xiàng)目。但是直流耐壓試驗(yàn)不合適用于 XLPE 電纜，因?yàn)樗慕^緣結(jié)構(gòu)是固體介質(zhì)，這與油浸紙電纜絕緣結(jié)構(gòu)迥異，在直流電場(chǎng)作用下容易儲(chǔ)存和聚集空間電荷而形成“記憶效應(yīng)”，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完全釋放出累積的電荷，而交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)后都不大可能等待這么久再投運(yùn)，這樣很容易出現(xiàn)累積的電荷疊加在工頻交流電壓峰值上而擊穿電纜；另一方面 XLPE 電纜中的“水樹(shù)枝” （指水分浸入絕緣結(jié)構(gòu)并在電場(chǎng)作用形成的樹(shù)枝狀物）在直流電壓作用下會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為“電樹(shù)枝” （指絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成的樹(shù)枝狀放電通道），從而加速絕緣老化和引起電纜擊穿故障。交流耐壓試驗(yàn)環(huán)境更接近實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，而且電場(chǎng)分布也與直流電壓不同，交流電場(chǎng)由介電參數(shù)控制，直流電場(chǎng)由電阻率控制，這些特點(diǎn)決定了交流耐壓試驗(yàn)是鑒定XLPE 電纜更有效、更安全的方法。
以變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)為例，試驗(yàn)裝置由變頻電源、勵(lì)磁變壓器、諧振電抗器、電容分壓器和補(bǔ)償電容幾部分組成。目前，變頻電源可自動(dòng)調(diào)諧，當(dāng)然也可以通過(guò)手動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)諧。勵(lì)磁變壓器用于將變頻電源與試驗(yàn)回路進(jìn)行隔離，同時(shí)設(shè)法與被試電纜的功率與電壓匹配，一般有多個(gè)繞組抽頭以滿足不同電壓、容量的需求。電抗器有油式和干式之分，前者容量大 ；后者較輕便，但散熱差一些。電容分壓器用于測(cè)量被試電纜電壓。補(bǔ)償電容用于補(bǔ)償短距離、等效容量小的電纜容量，一般并聯(lián)于試驗(yàn)回路中。
目前，在我國(guó)城市電網(wǎng)電纜線路中交聯(lián)聚乙烯電纜的使用比例已經(jīng)超過(guò) 90%。由于電力電纜線路造價(jià)高、停電損失大，因此選擇有效的試驗(yàn)方法就顯得尤為重要了。變頻諧振試驗(yàn)方法近年來(lái)逐漸引起注意，隨著人們重視程度的加深，該方法必然有著廣闊的應(yīng)用前景。
作為工頻耐壓試驗(yàn)的最佳等效方法之一的變頻諧振試驗(yàn)方法主要用于對(duì)大電容值的容性電力設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)，這類電力設(shè)備包括交聯(lián)聚乙烯中低壓/高壓/超高壓電力電纜(XLPE)、全封閉高壓組合電器(GIS)、發(fā)電機(jī)定子、大型變壓器、架空電力線路、電力電容器等。
以上電力設(shè)備其交接或預(yù)防性試驗(yàn)都要求進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，但由于試品電容量大，使得試驗(yàn)設(shè)備功率巨大，體積龐大，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)非常困難?？商娲恼{(diào)感式工頻并聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置也由于設(shè)備笨重復(fù)雜，以前也僅主要用于對(duì)發(fā)電機(jī)定子的耐壓試驗(yàn)。對(duì)電纜的直流高壓試驗(yàn)，也隨著電纜的普及而被主管部門(mén)禁止或不推薦。而代之以輕便、簡(jiǎn)單的串聯(lián)變頻諧振方式進(jìn)行容性試品的交流耐壓試驗(yàn)成為流行趨勢(shì)，并迅速被各個(gè)行業(yè)所接受。
當(dāng)然這一切的實(shí)現(xiàn)得益于單片機(jī)技術(shù)、大功率電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，否則是沒(méi)有技術(shù)上的可行性的。
現(xiàn)就電纜串聯(lián)諧振試驗(yàn)的幾種主要方法做一對(duì)比說(shuō)明。明顯可以看出被國(guó)內(nèi)、外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)和專家推薦的串聯(lián)變頻諧振試驗(yàn)的優(yōu)越性。
1、所需電源容量大大減小。串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個(gè)系統(tǒng)中，電源只需要提供系統(tǒng)中有功消耗的部分，因此，試驗(yàn)所需的電源功率只有試驗(yàn)容量的1/Q。
2、設(shè)備的重量和體積大大減少。串聯(lián)諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調(diào)壓裝置和普通的大功率工頻試驗(yàn)變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗(yàn)容量的1/Q，使得系統(tǒng)重量和體積大大減少，一般為普通試驗(yàn)裝置的1/3-1/5。
3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效的防止了諧波峰值對(duì)試品的誤擊穿。
4、防止大的短路電流燒傷故障點(diǎn)。在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當(dāng)試品的絕緣弱點(diǎn)被擊穿時(shí)，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗(yàn)電流的1/Q。而并聯(lián)諧振或者試驗(yàn)變壓器方式做耐壓試驗(yàn)時(shí)，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數(shù)百倍。所以，串聯(lián)諧振能有效的找到絕緣弱點(diǎn)，又不存在大的短路電流燒傷故障點(diǎn)的憂患。
5、不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過(guò)電壓。試品發(fā)生擊穿時(shí)，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復(fù)電壓的再建立過(guò)程很長(zhǎng)，很容易在再次達(dá)到閃落電壓前斷開(kāi)電源，這種電壓的恢復(fù)過(guò)程是一種能量積累的間歇振蕩過(guò)程，其過(guò)程長(zhǎng)，而且，不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過(guò)電壓。
串聯(lián)諧振裝置是四方國(guó)瑞在積累多年工頻諧振升壓裝置研發(fā)、生產(chǎn)和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的新一代諧振升壓裝置。變頻諧振試驗(yàn)是一種全新的高壓試驗(yàn)方法，利用電抗器與被試品電容實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，在被試品上獲得高電壓大電流，是當(dāng)前高電壓試驗(yàn)的一種新的方法和潮流，在國(guó)外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。變頻諧振試驗(yàn)適用于大容量、高電壓的電容試品，如發(fā)電機(jī)、大型變壓器、GIS和高壓交聯(lián)電力電纜等，是用于交接和預(yù)防性試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置。
諧振的定義：電容和電感元件的線性無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)某一頻率的正弦激勵(lì)（達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)）所表現(xiàn)的端口電壓與電流同相的現(xiàn)象。諧振電路分為并聯(lián)諧振電路與串聯(lián)諧振電路。本次主要討論串聯(lián)諧振電路的應(yīng)用。
在電子設(shè)備中，經(jīng)常需要完成在許多不同頻率的信號(hào)中，只選擇某個(gè)頻率的信號(hào)進(jìn)行處理，而其他頻率信號(hào)被濾除的任務(wù)，如（收音機(jī)和電視機(jī)等）。最常用的具有選頻功能的電路是諧振電路，因此說(shuō)諧振電路的作用之一就是選頻。
另外變頻諧振試驗(yàn)方法主要用于對(duì)大電容值的容性電力設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)，這類電力設(shè)備包括交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜（XLPE），全封閉高壓組合電器（GIS）、發(fā)電機(jī)定子、大型變壓器、架空線電力線路、電力電容器等。該作用主要是利用諧振時(shí)被試品電容兩端電壓為電源電壓的Q倍；諧振時(shí)源的激勵(lì)功率僅為電容C上電功率容量的1/Q,Q越大激勵(lì)功率越小。基于上述兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)串聯(lián)變頻諧振方式進(jìn)行容性試品的交流耐壓試驗(yàn)成為流行趨勢(shì)。
大電容量的電氣設(shè)備在一定頻率范圍內(nèi)的絕緣耐受與工頻耐壓具有一定的等效性，這樣就為利用變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的電感與被試品的電容串聯(lián)產(chǎn)生諧振電壓來(lái)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)提供了可能，且由于試驗(yàn)裝置的勵(lì)磁電壓低、重量輕，非常方便于在施工現(xiàn)場(chǎng)使用。變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置采用ARM和FPGA高速數(shù)字信號(hào)處理器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的高水平控制，F(xiàn)PGA高速數(shù)字信號(hào)處理器程實(shí)時(shí)計(jì)算出輸出波形，實(shí)時(shí)改變波形輸出，實(shí)時(shí)測(cè)量高壓電壓值及變頻器電源主回路參數(shù)，并返回測(cè)量參數(shù),運(yùn)行狀態(tài)給ARM，實(shí)時(shí)采樣保護(hù)信號(hào)，快速關(guān)閉電源輸出及其波形發(fā)生器?，F(xiàn)就變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用中的幾點(diǎn)體會(huì)進(jìn)行闡述。
一、變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的原理
發(fā)生串聯(lián)諧振的基本原理是：在R-L-C電路中(如圖1所示)
由電工知識(shí)得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，當(dāng)LRC串聯(lián)回路中的感抗與試品容抗相等時(shí)，電感中的磁場(chǎng)能量與試品電容中的電場(chǎng)能量相互補(bǔ)償，試品所需的無(wú)功功率全部由電抗器供給，電源只提供回路的有功損耗。電源電壓與諧振回路電流同相位，電感上的電壓降與電容上的壓降大小相等，相位相反。由圖1可知，當(dāng) ωL=1/ωc，回路的諧振頻率f=1/2π√LC，也就是說(shuō)，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，電源提供很小的勵(lì)磁電壓，試品上就能得到很高的電壓,電源頻率為諧振頻率。
二、變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)
利用串聯(lián)諧振原理在回路中產(chǎn)生高電壓,一般頻率為30~300Hz。串聯(lián)諧振高壓發(fā)生器原理如下圖2表示：
由電工知識(shí)得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，當(dāng)LRC串聯(lián)回路中的感抗與試品容抗相等時(shí)，電感中的磁場(chǎng)能量與試品電容中的電場(chǎng)能量相互補(bǔ)償，試品所需的無(wú)功功率全部由電抗器供給，電源只提供回路的有功損耗。電源電壓與諧振回路電流同相位，電感上的電壓降與電容上的壓降大小相等，相位相反。由圖1可知，當(dāng) ωL=1/ωc，回路的諧振頻率f=1/2π√LC，也就是說(shuō)，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，電源提供很小的勵(lì)磁電壓，試品上就能得到很高的電壓,電源頻率為諧振頻率。
三、變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)
1、體積小、重量輕，適合施工現(xiàn)場(chǎng)使用。高電壓等級(jí)時(shí)，電抗器采用積木式結(jié)構(gòu)，同時(shí)便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝。
2、在試品擊穿時(shí)，諧振條件破壞，短路電流小，只有試品額定電流的 1/10以下，對(duì)試品的危害性小。
3、采用一點(diǎn)接地、進(jìn)線保護(hù)、低通道濾波器、放電保護(hù)等，不僅可以在穩(wěn)態(tài)下使放電或擊穿電流小，而且還使暫態(tài)(瞬時(shí))電流的破壞減小，從而保證設(shè)備和人身的安全。
4、適用范圍廣?？蓪?duì)電力電纜、斷路器、開(kāi)關(guān)進(jìn)行變頻交流耐壓試驗(yàn)，對(duì)大型發(fā)電機(jī)組、電力變壓器、互感器、套管等電氣設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，還可用于局部放電試驗(yàn)及測(cè)量接地電阻。
5、變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置是先在低電壓下調(diào)諧振點(diǎn)，然后再升高電壓幅值達(dá)到試驗(yàn)所需電壓，且能保持諧振點(diǎn)，安全可靠。
在工程實(shí)踐中，現(xiàn)場(chǎng)工況經(jīng)常發(fā)生變化，試驗(yàn)對(duì)象要求使用的諧振試驗(yàn)方法也各有特點(diǎn)。有的側(cè)重于操作安全，有的側(cè)重于試品擊穿后的保護(hù)，有的側(cè)重于升壓電壓的穩(wěn)定并要求可做直流試驗(yàn)等等。用一種諧振試驗(yàn)方法很難同時(shí)滿足用戶的這些要求，華意電力總結(jié)了多年的經(jīng)驗(yàn)，專門(mén)設(shè)計(jì)了一套變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置，能夠完成工頻串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、諧振變壓器、普通試驗(yàn)變壓器、直流耐壓試驗(yàn)及發(fā)電機(jī)通水工況下，采用正接法進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子端部外移電位測(cè)試等多項(xiàng)功能。隨著科技的不斷進(jìn)步、電力事業(yè)的快速發(fā)展，電力試驗(yàn)設(shè)備越來(lái)越向智能和小型化轉(zhuǎn)變，從而大大減少了工作人員的體力勞動(dòng)，提高了工作效率。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求，華意電力研制了變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置，并廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工等方面。今天我們簡(jiǎn)單介紹一下變頻串聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)裝置的功能和特點(diǎn)。
變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置功能原理
變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置是利用串聯(lián)諧振原理在回路中產(chǎn)生高電壓,一般頻率為30~300Hz。串聯(lián)諧振高壓發(fā)生器原理如下圖2表示：
當(dāng)電源頻率(f)、電感(L)及被試設(shè)備電容(C)滿足下式時(shí)回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)此時(shí)：f=1/2π√LC，回路中電流為I=Ulx/R,被試設(shè)備電壓為Ucx=I/ωCx輸出電壓與勵(lì)磁電壓之比為試驗(yàn)回路的品質(zhì)因數(shù)：Q=Ucx/Ulx=(ωL)/R，由于試驗(yàn)回路中電阻R很小，故試驗(yàn)回路品質(zhì)因數(shù)很大。一般正常時(shí)可達(dá)50以上，既輸出電壓是勵(lì)磁電壓50倍，因此用較低容量的試驗(yàn)變壓器就能得到較高的試驗(yàn)電壓。這樣就解決了在一般的交流耐壓試驗(yàn)中試驗(yàn)變壓器容量不能滿足試驗(yàn)要求的問(wèn)題。而此時(shí)電容量與電感的關(guān)系為ωL=1/ωc，因?yàn)閷?duì)某個(gè)試品而言，電容量是固有的，試驗(yàn)用可調(diào)電感的價(jià)格也非常昂貴，因此解決問(wèn)題的途徑就引到了改變電源頻率回路的諧振頻率，在初始電壓下調(diào)節(jié)回路的頻率，觀察Uc的變化達(dá)最大值時(shí)，增加或減小頻率時(shí)諧振電壓都要下降，這時(shí)的頻率為諧振頻率，這時(shí)的電壓為諧振點(diǎn)電壓，增加勵(lì)磁電壓就能升高諧振電壓，從而達(dá)到試驗(yàn)電壓目的。另外，由于試驗(yàn)回路是處于諧振狀態(tài)，回路本身具有良好的濾波作用，電源波形中的諧波分量在設(shè)備兩端大為減小，從而輸出良好的正弦波形。當(dāng)試品放電或擊穿時(shí)，即回路中等值電容被短路，諧振條件被破壞，電壓明顯下降，恢復(fù)電壓上升緩慢，試品上不發(fā)生暫態(tài)過(guò)電壓，且電源供給的短路電流受到電抗的限制而減少，從而限制被試設(shè)備的損壞程度。
變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置產(chǎn)品特點(diǎn)：
◆操作簡(jiǎn)單。手動(dòng)試驗(yàn)（手動(dòng)尋找諧振點(diǎn)和手動(dòng)升壓）、自動(dòng)調(diào)諧（自動(dòng)尋找諧振點(diǎn)）和自動(dòng)試驗(yàn)（自動(dòng)尋找諧振點(diǎn)和自動(dòng)升壓）三種模式適應(yīng)不同試驗(yàn)要求
◆局部放電量小，Q值高，調(diào)頻范圍寬。
◆試品閃烙后無(wú)暫態(tài)過(guò)電壓。
◆本裝置設(shè)計(jì)獨(dú)特。高壓組合電器試驗(yàn)電壓高，但試驗(yàn)電流小，而高壓電纜的試驗(yàn)電壓相對(duì)高壓組合電器來(lái)說(shuō)要低，但試驗(yàn)電流大大增加，故此類調(diào)頻諧振裝置把電抗器分為n節(jié)，使之串聯(lián)可輸出高電壓/小電流，并聯(lián)可輸出較低電壓/大電流。
◆完全可以期待常規(guī)試驗(yàn)變壓器來(lái)完成變電站內(nèi)的交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)所需電源容量小，為試驗(yàn)容量的1/20～1/30倍可解決變壓器用變電源容量小于試驗(yàn)容量問(wèn)題。
◆試驗(yàn)范圍大，可對(duì)CT，PT，開(kāi)頭，斷路器，絕緣子，母線變壓器中性點(diǎn)等進(jìn)行交流耐振試驗(yàn)。
◆重量輕，單件重≤40kg，方便搬動(dòng)，極便于現(xiàn)成試驗(yàn)。
◆裝置可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)XLPE交聯(lián)聚乙烯電纜220KV電壓等級(jí)1200mm2的長(zhǎng)度達(dá)10公里進(jìn)行試驗(yàn)。
◆大屏幕顯示試驗(yàn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)和實(shí)時(shí)操作步驟提示
◆采用華意電力專有的16位精細(xì)調(diào)頻和調(diào)壓軟件專業(yè)技術(shù)、11KHZ載波頻率、SPWM和進(jìn)口原裝IPM整體模塊。配合適當(dāng)電抗器，就可以滿足國(guó)家和地方電力部門(mén)規(guī)定的頻率范圍，整機(jī)領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品。
◆軟件精細(xì)調(diào)頻、調(diào)壓。
案例：35kV，630平方毫米交聯(lián)電纜2km，試驗(yàn)頻率30~300HZ,電容量≤0.5μF，試驗(yàn)電壓52kV。
使用電抗器二節(jié)串聯(lián)三組并聯(lián)，此時(shí)電感量為42*2/3=28H
試驗(yàn)頻率f=1/2π√LC=1/(2×3.14×√28×0.5×10-6)=42.5Hz。
試驗(yàn)電流 I=2πfCU試 =2π×42.5×0.5×10-6×52×103=6.9A
變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置電抗器使用關(guān)系表
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設(shè)備組合 試品 |
電抗器 67.5kVA/27kV六節(jié) |
激勵(lì)變壓器 輸出端選擇 |
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35kV /630mm2交聯(lián) 電纜(試驗(yàn)電壓52kV) |
長(zhǎng)度2km |
使用電抗器二節(jié) 串聯(lián)三組并聯(lián) |
3kV |
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總結(jié)：35kV，630平方毫米交聯(lián)電纜2km的選型結(jié)果是XZB-405kVA/108kV變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置。
變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的實(shí)力廠家四方國(guó)瑞電力，是少數(shù)能通過(guò)國(guó)家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)電力工業(yè)電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心型式試驗(yàn)認(rèn)證的串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置生產(chǎn)廠家，是武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院等高校和科研院所等眾多知名客戶的合作伙伴，是串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置行業(yè)三甲品牌！
