串聯(lián)諧振講義

1、串 聯(lián) 諧 振 講 義前言： 隨著國(guó)家電網(wǎng)的日益發(fā)展，被試設(shè)備的電壓等級(jí)越來越高，容量越來越大。早先的交流升壓變壓器由于設(shè)備體積大，設(shè)備重量重，不能滿足現(xiàn)代試驗(yàn)-體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)。所以串聯(lián)諧振這種技術(shù)在迅速的推廣及應(yīng)用。一 工作原理串聯(lián)諧振原理圖上圖可以把它簡(jiǎn)單的替換成1個(gè)RLC串聯(lián)回路 等效圖串聯(lián)諧振電路中，流過LCR的電流是相等的，而Q值表示的是電感或電容兩端電壓比上電阻兩端電壓，所以Q值就是電抗比上電阻，并取正值。Q=wL/R=1/(wRC)。而并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)中，LCR兩端的電壓都是相等的，而Q值表示的是流過電感或電容的電流比上電阻上流過的電流，所以Q值是電納比上電

2、導(dǎo)并取正值。Q=(1/wL)/(1/R)=R/(wL)=wRC當(dāng)RLC電路產(chǎn)生諧振時(shí)，XL=XC UC=UXL/R=UXC/R此時(shí)的諧振頻率為f=1/2(LC) ,在C上將產(chǎn)生很高的電壓 UC=QUe式中Ue為電源輸入電壓，Q是品質(zhì)因數(shù)。即在被試品上獲得的電壓是電源輸入電壓的Q倍。串聯(lián)諧振的優(yōu)點(diǎn)：利用額定電壓較低的電源，通過諧振（諧振條件XL=XC）可以在被試品上獲得較高的輸出電壓。此電路形成1個(gè)良好的濾波電路，故輸出電壓UC是1個(gè)良好的正弦波電壓。當(dāng)試品擊穿失去諧振，高低壓電流自動(dòng)減小，不會(huì)擴(kuò)大被試品的故障點(diǎn)。二 常用計(jì)算公式1. 輸入功率 P=UIcos 諧振時(shí)，負(fù)載為純阻性cos=1，P

3、=UI2. 輸出功率 PC=UCI=QUeI=QPe3. 諧振電流 I=2fCUC4. 試品電容 C=1/(2f)2L5. 回路電感 L=1/(2f)2C6. 諧振頻率 f=1/2(LC) 7. 電抗器電流 IL=UL/XL=UL/2Fl8. 品質(zhì)因數(shù) Q=UC/Ue注：Ue勵(lì)磁變輸出電壓，UC被試品兩端電壓。三 設(shè)備熟悉串聯(lián)諧振設(shè)備由5個(gè)部件組成，分別是電抗器、勵(lì)磁變、變頻控制箱、分壓器、負(fù)載補(bǔ)償電容器。1. 電抗器 1.1牢記6種銘牌標(biāo)稱例：F-DK18/2.8額定電壓：18kv 額定電流：2.8A 工時(shí)制：15分鐘額定電感量: 23H 工作頻率：45300Hz 最大負(fù)載0.55f 上述的

4、銘牌標(biāo)稱即為此電抗器的極限值，請(qǐng)勿擅自超越。超過極限將可能造成人身及設(shè)備事故。1.2使用注意事項(xiàng)a.電抗器放置必須與周圍物件保持一定安全距離。b.電抗器放置過程中嚴(yán)禁放置在鐵板上，因?yàn)榉胖迷阼F板上將產(chǎn)生渦流，影響諧振試驗(yàn)。c.電抗器串聯(lián)平鋪放置式使用時(shí)，第1節(jié)電抗器可直接放置在地上（輸入電壓低通常才幾千伏，并且隨設(shè)備配置了可拖地的高壓引線不存在高壓危險(xiǎn)），第2節(jié)電抗器必須在底部放置轉(zhuǎn)配絕緣筒。因?yàn)榇藭r(shí)在第2節(jié)電抗器的低壓端將產(chǎn)生第1節(jié)電抗器高壓端輸出的電壓，根據(jù)電抗器型號(hào)不同，變頻電源輸出電壓不同產(chǎn)生的高壓通常都在幾萬伏。負(fù)載補(bǔ)償電容器250kV分壓器37kV電抗器六串勵(lì)磁變壓器 1. 豎直放

5、置式2. 平鋪放置式2. 勵(lì)磁變壓器1 輸出接線柱勵(lì)磁變輸出高端，連接至電抗器低壓端。2 電流取樣輸出插座用專配電纜線連接至控制箱的電流取樣輸入插座，用于試品電流測(cè)量。3 接地接線柱E勵(lì)磁變輸出低端，用專配接地線組接大地。4 變頻輸入插座五心快速卡口聯(lián)接插座，用專配電纜線連接至控制箱的變頻輸出插座。5 常用勵(lì)磁變的輸出有三個(gè)繞組，應(yīng)用接線柱上的兩塊金屬連接片，可將輸出繞組構(gòu)成兩種連接方式： 圖3 勵(lì)磁變面板圖串聯(lián)：試驗(yàn)電壓較高時(shí)，勵(lì)磁變輸出繞組串聯(lián)聯(lián)接，勵(lì)磁變可輸出較高電壓但輸出電流較小。并聯(lián)：試驗(yàn)電壓較低時(shí)，勵(lì)磁變輸出繞組并聯(lián)聯(lián)接，勵(lì)磁變輸出電壓較低但可輸出較大電流。如勵(lì)磁變輸出為四個(gè)繞組時(shí)

6、，可構(gòu)成四并、二并二串及四串的三種連接方式。注： 試驗(yàn)接線時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分副邊繞組的輸出高端與接地端，請(qǐng)依據(jù)面板提示接線！3. 變頻控制箱1.多功能LCD顯示器 2.指針電流表 3.指針電壓表 4.過壓整定撥盤開關(guān) 5.功能旋鈕 6.調(diào)頻旋鈕 7. 調(diào)壓旋鈕 8 RS-232接口. 9.紅色帶燈按鈕 10. 綠色帶燈按鈕 11. 電源開關(guān) 12電源輸入插座 13. 變頻輸出插座 14. 電流取樣輸入插座 15. 高壓取樣輸入插座 16. 接地端子4電容分壓器1 高壓端與被試品高壓端（或電抗器高壓端）相連。2 測(cè)量輸出插座采用專配的測(cè)量電纜與控制箱電壓測(cè)量輸入端連接。3 接地端子采用專配接地線按接

7、線圖指示接地。注：分壓器與控制箱為專配專用，不得與其它設(shè)備換用。 5. 負(fù)載補(bǔ)償電容器負(fù)載補(bǔ)償電容器如圖6所示。1高壓端額定電壓較高，但對(duì)地端電容量較小。2中壓端額定電壓較低，但對(duì)地端電容量較大。對(duì)某些型號(hào)配備。3接地端用專配接地線組接地。當(dāng)被試品電容量較小（如試驗(yàn)電纜較短）時(shí)，在試品兩端并聯(lián)此負(fù)載補(bǔ)償電容器，使諧振頻率在允許的范圍內(nèi)。單獨(dú)使用此補(bǔ)償電容器即可使系統(tǒng)諧振升壓，用于檢驗(yàn)設(shè)備的完好與否或?qū)υ囼?yàn)人員進(jìn)行操作培訓(xùn)。圖6 負(fù)載補(bǔ)償電容器當(dāng)電抗器是單臺(tái)或多臺(tái)并聯(lián)時(shí)，使用23端連接。當(dāng)電抗器是多臺(tái)串聯(lián)時(shí)，使用13端連接。注：嚴(yán)禁超過額定電壓使用!四 電抗器的組配串聯(lián)諧振設(shè)備主要運(yùn)用于被試品主

8、絕緣耐壓。其中根據(jù)兩種不同形式的試驗(yàn)，對(duì)電抗器的配置要求也不相同。1. 對(duì)于頻率沒有特殊要求的試驗(yàn)如：電纜試驗(yàn) 、高壓開關(guān) 、隔離刀閘、GIS組合電器等。配置步驟：a根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)選擇試驗(yàn)電壓，并根據(jù)試驗(yàn)電壓考慮電抗器的組配。如：0.5公里規(guī)格為8.7/10kv 95 mm2電纜試驗(yàn)10KV電纜交流耐壓試驗(yàn)電壓為2.5U0=2.5*8.7=21.75kv F-DK18/2.8電抗器額定電壓為18KV，單臺(tái)不能滿足21.75KV，就需要此型號(hào)兩臺(tái)電抗器串聯(lián)使用。2*18KV=36kv>21.75kvb.估算或者通過儀器測(cè)量被試品的電容量，根據(jù)電容量選擇電抗器組配交聯(lián)電纜等效電容量參考數(shù)據(jù)1.

9、單芯電纜單位：F/km導(dǎo)體截面(mm2) 電纜電壓355070951201501852403004005006306/6kV;6/10kV0.210.240.270.300.330.360.390.430.470.530.600.678.7/10kV;8.7/15kV0.170.190.220.240.260.280.310.340.370.420.440.4712/20kV0.150.170.190.210.220.240.270.290.320.350.390.4221/35kV0.120.130.140.150.160.180.190.210.230.240.2726/35kV0.110

10、.120.130.140.150.160.180.190.210.240.262.三芯電纜 單位：F/km導(dǎo)體截面(mm2) 電纜電壓355070951201501852403004006/6kV;6/10kV0.210.240.270.300.330.360.390.430.470.538.7/10kV;8.7/15kV0.170.190.220.240.260.280.310.340.370.4212/20kV0.170.190.220.240.260.280.310.340.370.4221/35kV0.120.130.140.150.160.180.190.210.2326/35kV0

11、.110.120.130.140.150.160.180.190.21以上數(shù)據(jù)由蘇州華電電氣技術(shù)有限公司提供，僅供參考!例：0.5公里規(guī)格為8.7/10kv 95 mm2電纜 估算電容量0.5*0.24=0.12f 型號(hào)為 F-DK18/2.8電抗器最大負(fù)載為0.55f。 0.55f>0.12f 所以單臺(tái)電抗器就可滿足要求。但是根據(jù)第1步電壓要求,需要2臺(tái)電抗器串聯(lián)使用。那么兩臺(tái)電抗器串聯(lián)后，最大負(fù)載量將減小1半即0.55/2=0.275f>0.12f。c.頻率核算根據(jù)公式f=1/2(LC) 計(jì)算頻率是否超出試驗(yàn)要求。例：根據(jù)上兩步配置需要2個(gè)電抗器串聯(lián)使用則L=2*45H=90H

12、 Cx=0.12f Cb=250Pf（分壓器電容量與被試品相比極小時(shí)可忽略） f=48.45Hz>45Hz結(jié)論：0.5公里規(guī)格為8.7/10kv 95 mm2電纜試驗(yàn)可以用2臺(tái)型號(hào)為F-DK18/2.8的電抗器串聯(lián)組合進(jìn)行試驗(yàn)。2. 對(duì)于頻率有特殊要求的試驗(yàn)（工頻耐壓試驗(yàn)） 如：發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓電機(jī)等a. 根據(jù)測(cè)出的被試品電容量，通過求感公式L=1/(2f)2C計(jì)算所需電感量。 例; 6kv發(fā)電機(jī)的對(duì)地電容量為0.2f，要求試驗(yàn)頻率50±2Hz 則L=1/(2f)2C=50.71H b. 根據(jù)已知電抗器電感量組合。例; 型號(hào)為F-DK18/2.8電抗器的額定電感量: 23H，用2臺(tái)串 聯(lián)使用L=2*23=46H和50.71H比較接近。c. 根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)電壓選擇電抗器組配 例：6kv的發(fā)電機(jī)試驗(yàn)電壓為（1000+6000*2）*0.8=10400V=10.4kv 2臺(tái)電抗器串聯(lián)使用額定電壓為2*18kv=36kv>10.4kvd. 根據(jù)公式I=2fCUC計(jì)算諧振電流,與現(xiàn)有電抗器額定電流比較，選擇組配方法。 例：I=2fCUC =0.653A 型號(hào)為F-DK18/2.8電抗