諧振電源講座

諧振電源講座第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日一、耐壓試驗?zāi)康模?、試驗時所施加的試驗電壓場強(qiáng)是模擬電力設(shè)備的運行工況。2、高壓試驗得出的通過與不通過的結(jié)論指電力設(shè)備的薄弱點是否對今后的運行帶來危害。3、試驗中的故障機(jī)理與電力設(shè)備運行中的機(jī)理有相同的物理過程。4、為了加速這一物理過程，試驗中采用了對電力設(shè)備的耐壓試驗項目。第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日二、耐壓試驗的物理模型1、直流耐壓試驗，加在絕緣體上的電壓是按照電阻進(jìn)行分布。2、對于交流耐壓試驗則是按照電容進(jìn)行分布。3、選擇那種耐壓方法是根據(jù)絕緣材料的特性和應(yīng)用場合等多種因素決定。第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日物理模型圖：第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日交流耐壓試驗裝置有四種：試驗變壓器加補償電抗器（工頻）；調(diào)感式諧振電源（工頻）；調(diào)頻式諧振電源；超低頻交流試驗裝置。第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日根據(jù)交聯(lián)電纜的材料結(jié)構(gòu)，我省對《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》的電力電纜部分進(jìn)行修訂補充，按照修訂后的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程補充規(guī)定》要求，2004年開始將取消交聯(lián)電纜的直流耐壓試驗項目,增加交流耐壓試驗項目。第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日三、諧振電源諧振電源裝置是利用無功補償原理，只需用較低電壓和較小容量的試驗電源，可進(jìn)行大型發(fā)電機(jī)、電纜以及GIS組合電器的耐壓試驗。這種試驗方法安全可靠，并能有效的檢出有絕緣缺陷的電氣設(shè)備。第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日諧振的首要條件是：XL＝XC

即：

又：串聯(lián)諧振的原理圖：

第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日串聯(lián)諧振（電壓諧振）串聯(lián)諧振裝置是由電感與電容和中壓電源及控制器串聯(lián)組成。改變回路參數(shù)或電源頻率，即對回路進(jìn)行調(diào)感或調(diào)頻至諧振，同時將有一個幅值遠(yuǎn)大于電源電壓（Q倍），并波形為正弦波的電壓加在試品上。從式中和原理圖可知：諧振條件和試驗電壓的穩(wěn)定性取決于電源頻率和試驗回路特性的穩(wěn)定性。第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日當(dāng)試品放電時，即電容短路回路失諧，穩(wěn)態(tài)時高壓試驗電壓下降Q倍，試品電流降為正常試驗電流的1/Q，此時電源電壓完全作用在電抗器上。在暫態(tài)時由于回路負(fù)載呈感性，電感在過渡過程時它的電流不能突變，使試驗回路電流無法發(fā)生突變，保證電源輸出較小的電流，電源輸出的電流較小，從而限制了對試品絕緣的損壞程度。

第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日注意：由于試品能量釋放完后，試品絕緣恢復(fù)，試驗電壓會繼續(xù)自動升高到擊穿電壓，試品再次擊穿，使試品故障點擴(kuò)大。所以，試品擊穿時保護(hù)應(yīng)立即啟動切斷電源輸出。第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日當(dāng)串聯(lián)回路處于諧振狀態(tài)時，電容上的電壓為：第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日式中：Q-----電抗器品質(zhì)因素品質(zhì)因素（Q值）在串聯(lián)諧振回路，是試品的電壓值與勵磁變壓器的輸出電壓之比，品質(zhì)因素主要取決于諧振電抗器的品質(zhì)因素。

第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日品質(zhì)因素（Q值）計算方式：其中：式中：

Q——諧振電源的品質(zhì)因素；

ρ——諧振回路的特性阻抗；

L——諧振回路的電感量；

C——諧振回路的電容量；

R——諧振回路的電阻值。第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日串聯(lián)回路在諧振狀態(tài)時，此時回路成阻性。此時回路中視在功率為：S=UI

有功功率為：P=I2R

無功功率為：Q=I2(XL-XC)第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日在工程實際應(yīng)用中需注意：（1）諧振回路的有功損耗還有電暈、電導(dǎo)損耗、頻率損耗等，故有功損耗將會大于I2R。（2）諧振回路中的電阻是等效出來的，其實際是電抗器的內(nèi)阻RL

和電容器的等效損耗電阻RC及電暈電阻之和。即：R=RL+RC+R電暈第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日（3）諧振回路中電源提供的容量（諧振時有功功率等于視在功率）為電抗器上所產(chǎn)生容量的1/Q倍。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日諧振電源的組成：1、控制器；2、勵磁變壓器（中壓電源）；3、電抗器；4、電壓測量裝置。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日諧振電源每一個組件的作用：控制器是用來控制輸出電壓和回路諧振頻率及過壓保護(hù)、擊穿保護(hù)、過流保護(hù)、接地不良保護(hù)；勵磁變壓器用于給諧振電抗器、試品提供能量的變壓器。電抗器用于同試品電容進(jìn)行諧振，以獲得高電壓或大電流。電壓測量裝置采用電容元件，由高壓臂和低壓臂組成的轉(zhuǎn)換裝置及峰值表組成。通常低壓臂的電壓控制在交流100伏-200伏。用于測量高壓端電壓。第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日控制器的調(diào)壓調(diào)頻原理：交流電源經(jīng)過整流后變換成直流，然后再通過逆變電路變換成交流，通過控制逆變電路來改變逆變輸出的頻率和電壓。在交流電源變換成直流電時，通常采用全橋（可控）整流，通過電容組慮波。直流變換成交流有多種控制方式，但逆變電路相同。第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日采用這種方式調(diào)整時，電源輸出的波形并不是光滑的正弦波，只是基波是正弦波。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日串聯(lián)諧振回路產(chǎn)生諧振時，其激勵頻率只有一個，即為變頻電源的基波頻率，且該頻率下的電壓通過回路中的電感和電容諧振被放大Q倍，非諧振頻率此時受回路中電感和電容阻波和濾波的作用，被衰減Q倍。當(dāng)回路諧振時，高壓側(cè)的電壓波形失真小于1%。第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日回路在諧振時，回路阻抗最小并且承阻性。當(dāng)偏離諧振點時，回路阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振時的回路阻抗。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日諧振電源進(jìn)行輕載試品試驗時，在高壓側(cè)并聯(lián)電容器使輕載試品變成重載，來滿足試驗要求。同時使試驗頻率接近于試品的工作頻率。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日四、諧振電源的選擇：（1）發(fā)電機(jī)的交流耐壓試驗時應(yīng)采用調(diào)感型諧振電源，由于發(fā)電機(jī)電容量大、試驗頻率要求在50Hz、試驗電壓低，調(diào)感型諧振電源容易達(dá)到要求。試驗容量按發(fā)電機(jī)電容量配置。第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日工頻電壓的定義：交流電壓試驗時試驗電壓一般應(yīng)是頻率為45－65Hz的交流電壓，通常稱為工頻試驗電壓。第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日（2）變壓器交流耐壓試驗時，諧振電源的配置按所管轄地區(qū)的最大試品電容量進(jìn)行配置，一般來說高壓輸出電流1A左右。由于，這類試驗裝置可取代常規(guī)的試驗變壓器，對其他的電力運行設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗也可用這類試驗裝置，但是在配置時需增加補償電容器。第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日（3）電力電纜交流耐壓試驗頻率為30－300Hz，但推薦試驗頻率為45－65Hz。電力電纜交流耐壓試驗所用的諧振電源按轄區(qū)內(nèi)最長的電力電纜在試驗頻率為45Hz的試驗電壓下的電流來選擇。在實際使用中：將電抗器按轄區(qū)內(nèi)最短的電力電纜和最長的電力電纜在試驗頻率為45－65Hz的試驗電壓下的電流進(jìn)行重新組合，就能組合成一套完整的變頻諧振電源。第28頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日五、諧振電源驗收方法：1、電抗器直流電阻測量；2、諧振電源系統(tǒng)自振頻率測量；3、高壓擊穿保護(hù)檢查；4、升壓過程中電源突然斷電檢查；5、1.2倍的耐壓試驗；6、Q值的檢查；（一般都大于50）7、額定容量試驗；8、測量系統(tǒng)計量（由浙江省電力試驗研究所檢測）。第29頁，共30頁，2023年，2月20日，星期日六、諧振電源使用注意事項：1、諧振電源裝置的接地與試品的接地必須接