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串聯(lián)諧振原理及應用
發(fā)布日期：2018-08-08 點擊：1857次
變頻串聯(lián)諧振試驗成套裝置主要由變頻控制器，勵磁變壓器，高壓電抗器，高壓分壓器等組成。變頻控制器又分兩大類，20KW及以上為控制臺式，20KW以下為便攜箱式；它由控制器和濾波器組成。
變頻控制器主要作用是把幅值和頻率都固定的380V或200V工頻正弦交流電轉變?yōu)榉岛皖l率可調(diào)的正弦波。并為整套設備提供電源。勵磁變壓器的作用是將變頻電源輸出的電壓升到合適的試驗電壓。高壓電抗器L是諧振回路重要部件，當電源頻率等于1/（2π√LCX）時，它與被試品CX發(fā)生串聯(lián)諧振。
變頻串聯(lián)諧振裝置大電容量的電氣設備(如大型發(fā)電機組、電力變壓器、電力電容器、GIS、電力電纜等)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，這樣就為利用變頻試驗裝置的電感與被試品的電容串聯(lián)產(chǎn)生諧振電壓來進行交流耐壓試驗提供了可能，且由于試驗裝置的勵磁電壓低、重量輕，非常方便于在施工現(xiàn)場使用。現(xiàn)就變頻串聯(lián)諧振試驗裝置的特點、原理和在實際應用中的幾點體會進行闡述。
一、變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置的特點
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。
當電源頻率(f)、電感(L)及被試設備電容(C)滿足下式時回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)此時：f=1/2π√LC，回路中電流為I=Ulx/R,被試設備電壓為Ucx=I/ωCx輸出電壓與勵磁電壓之比為試驗回路的品質因數(shù)：Q=Ucx/Ulx=(ωL)/R，由于試驗回路中電阻R很小，故試驗回路品質因數(shù)很大。一般正常時可達50以上，既輸出電壓是勵磁電壓50倍，因此用較低容量的試驗變壓器就能得到較高的試驗電壓。這樣就解決了在一般的交流耐壓試驗中試驗變壓器容量不能滿足試驗要求的問題。而此時電容量與電感的關系為ωL=1/ωc，因為對某個試品而言，電容量是固有的，試驗用可調(diào)電感的價格也非常昂貴，因此解決問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的變化達最大值時，增加或減小頻率時諧振電壓都要下降，這時的頻率為諧振頻率，這時的電壓為諧振點電壓，增加勵磁電壓就能升高諧振電壓，從而達到試驗電壓目的。另外，由于試驗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備兩端大為減小，從而輸出良好的正弦波形。當試品放電或擊穿時，即回路中等值電容被短路，諧振條件被破壞，電壓明顯下降，恢復電壓上升緩慢，試品上不發(fā)生暫態(tài)過電壓，且電源供給的短路電流受到電抗的限制而減少，從而限制被試設備的損壞程度。
發(fā)生串聯(lián)諧振的基本原理是：在R-L-C電路中
由電工知識得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，當LRC串聯(lián)回路中的感抗與試品容抗相等時，電感中的磁場能量與試品電容中的電場能量相互補償，試品所需的無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。由此可知，當 ωL=1/ωc，回路的諧振頻率f=1/2π√LC，也就是說，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，電源提供很小的勵磁電壓，試品上就能得到很高的電壓,電源頻率為諧振頻率。
湖北四方國瑞電力控股有限公司 技術部 時間 2018-08-08
