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变频串联谐振装置的原理
2021-11-04

变频串联谐振装置是利用串联谐振的原理,采用励磁变压器激发串联谐振回路,通过调整变频电源的输出频率,使得回路中电抗器的电感L和被测品电容器的电容C产生谐振,并且最后通过调整励磁的输出电压让谐振电压达到期望的测试电压。


一、变频串联谐振装置的原理


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串联谐振原理图


根据的原理图,当L、C、R串联一个回路中的感抗与试品容抗相等时,感抗中的磁场进行能量与试品电容中的电场产生能量可以相互影响补偿,试品所需的无功输出功率全部由电抗器产品供给,电源系统只提供基本回路的有功计算功率,此时控制电路的功率因数=1.0,即电源工作电压与谐振输入回路通过电流同相位,电感上的电压降与电容上的电压降相等,相位相反。


变频串联谐振装置


当XL = XC即ωL=ωC,回路的谐振频率,如果LC参数固定,调节电源频率为等于谐振频率,可以产生谐振。这时,对流过测试电流和被测品两头的电压分别为:


I=U/(R+j(XL-XC))=U/R


UC=-jIXC=-jQU


式中Q为谐振电路的品质因数。


由于供电电压与电流同相,由此输入功率为纯有功功率:


P=UI=I?2;R


谐振时试验工作电压所耗的功率仅为一个电阻上所耗的功率,所以对于变压器进行容量比常规试验研究变压器小很多。谐振时,负荷C上的无功功率为:


广泛用于大型电力变压器,电缆,气体绝缘组合电器(GIS),电力电容器等电压,大容量的电力设备,以及其他感应耐压测试项目。


其试验工作原理如下图所示。


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变频串联谐振试验原理


分压电容(又称旁路电容器)的作用:


a)分压: 作为分压电容的高压测量。


b)分流:所述额定负荷范围内的谐振装置,与被测品配合,按工作要求随意工作在调频、倍频、工频上。


c) 与试品电容可以一起,构成一个谐振电容。


二、高压电气设备进行交流耐压试验存在必要性


1)不能反映设备实际工况下的电场分布,难以形成正确分析发现高压电气设备的内部缺陷。


2)直流电压会大大削弱高压电气设备内部的局部放电,不利于绝缘缺陷的检测。


3)工频交流耐压试验反映了实际电压波形,与工频运行时的暂态电压升高较符合,没有等价性问题。


大容量的电气设备(如大型发电机,电力变压器,电力电容器,GIS,电力电缆等等)与所述承受一定范围内具有一定频率电压等价的频率范围内工作,所以在使用电感和电容的该频率的样本检测装置来执行的串联谐振电压交流耐压试验提供了可能性,由于低激励电压和测试装置,重量轻,对在施工现场使用非常方便。


三、串联谐振装置小结


可提供被试设备成本高于电源电压Q倍的试验电压。由于我国电源市场容量可以减小且电感、电容可做成分段式,使实验设备轻巧,运输管理方便,为大容量、长距离现场环境试验成为可能影响并提供极大方便,同时我们利用技术试验使用频率允许在一定时间可调范围内(30~300Hz)和试验电抗器固定可调(单一电抗器是不可调的,但是通过串联并联,总电感可调)的原理,使得信息系统的柔性大大增加。IEC517和GB7674-1997均认为自己试验电压在10~300Hz范围内与工频电压试验研究基本结构等效。


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