串聯(lián)諧振系統(tǒng)介紹(正式稿)-v1.02011-7-

1、串聯(lián)諧振系統(tǒng)介紹衷心感謝您的選擇和信任 杰智科技-佳特電氣1杰智科技-佳特電氣部門：技術(shù)部姓名：劉二賓郵件：座機：-6218 很榮幸能和大家歡聚一堂，共同探討串聯(lián)諧振系統(tǒng)的原理和應(yīng)用。2R-L-C串聯(lián)諧振電路介紹(1-1)R-L-C串聯(lián)諧振電路圖電阻R，電感L和電容C以串聯(lián)方式連接；感抗和容抗相等時，電路處于諧振狀態(tài)；調(diào)諧方式：可通過調(diào)節(jié)電源頻率，改變感抗值和容抗值三種方式。 3R-L-C串聯(lián)諧振電路介紹(1-2)串聯(lián)諧振狀態(tài)下，總回路阻抗達到最小值，產(chǎn)生高電壓，也稱為電壓諧振；可用于試驗電流滿足要求，而電壓不足的試驗場合。4串聯(lián)諧振試驗系統(tǒng)定義串聯(lián)諧振試驗系統(tǒng)是由隔離變壓器、調(diào)壓器、勵磁變壓

2、器、電抗器和高壓分壓器等組成，試驗時將被試品(容性負載)與電抗器以串聯(lián)方式連接，通過調(diào)整電抗器使系統(tǒng)達到諧振狀態(tài)，產(chǎn)生試驗所需高壓的試驗系統(tǒng)。備注：通過調(diào)節(jié)電源頻率也能使系統(tǒng)達到諧振狀態(tài)，但不屬于本次學習探討范圍。5系統(tǒng)組成說明（1）6系統(tǒng)組成說明（2）1 雙屏蔽隔離變壓器2 調(diào)壓器3 低壓濾波器4 勵磁變壓器5 高壓諧振電抗器6 高壓濾波器7 高壓分壓器8 校準注入電容器9 智能控制臺10 油杯試驗終端11 電纜試品12 局放檢測/定位儀下面以串聯(lián)諧振JTCX-1200kVA/120kV/70kV為例介紹系統(tǒng)組成。7系統(tǒng)組成說明（3）1 雙屏蔽隔離變壓器 功能：雙屏蔽隔離變壓器為系統(tǒng)提供電源

3、，主要是隔離電網(wǎng)干擾及變換電壓，以提高局放測試靈敏度，可供用戶室內(nèi)連續(xù)使用。 指標：容量60kVA；輸入380V，輸出380V；衰減10dB。8系統(tǒng)組成說明（4）2 自耦接觸式調(diào)壓器 優(yōu)點：具有體積小，重量輕，效率高，波形畸變小，調(diào)壓特性好，使用方便，可靠，能長期運行。 指標：容量60kVA；輸入380V，輸出0420V。 9系統(tǒng)組成說明（5）3 低壓濾波器 功能：也稱為電源濾波器，過濾掉前端調(diào)壓器除工頻以外的諧波信號。 指標：電壓380V，額定電流160A，衰減20dB。 備注：常規(guī)安裝于調(diào)壓器柜體內(nèi)部。10系統(tǒng)組成說明（6）4 勵磁變壓器 功能：勵磁變壓器為是高壓諧振電抗器提供電源輸入，為

4、系統(tǒng)提供所需有功功率，同時使饋電回路與高壓回路隔離。 指標：容量60kVA；輸出6kV/3.5kV。 11系統(tǒng)組成說明（7）5 高壓諧振電抗器 功能：電抗器與負載串聯(lián)，調(diào)節(jié)電抗器的電感量，可達到串聯(lián)諧振狀態(tài)，輸出高電壓。 指標：容量1200kVA；輸出120kV10A/70kV17.1A。12系統(tǒng)組成說明（8）6 高壓濾波器 功能：高壓濾波器是試驗系統(tǒng)中高壓輸出端最后一道濾波，它由電感線圈、高壓電容器組成雙T型濾波。 指標：電壓120kV，額定電流17.1A；衰減大于40dB；局放小于2pC。13系統(tǒng)組成說明（9）7 高壓分壓器 功能：用于高壓電抗器輸出高電壓測量，由于從高壓側(cè)直接取值，測量精

5、度較高。安裝于電抗器套管內(nèi)部（也可定制外配分壓器）。 指標：量程120kV，精度1%內(nèi)，局放小于2pC。14系統(tǒng)組成說明（10）8 校準注入電容器 功能：高壓校正注入電容器用于局放測量校準用。 指標：額定電壓120kV；電容量100pF（精度1%內(nèi)）；局放小于2pC。 15系統(tǒng)組成說明（11-1）9 -1智能控制臺 左圖為智能型常規(guī)控制臺形式。 功能：系統(tǒng)控制與測量的操作臺。 配置：工業(yè)計算機高端配置，配15寸工業(yè)液晶屏。16系統(tǒng)組成說明（11-2）9-2 控制柜 左圖為智能型常規(guī)控制柜形式。 功能：控制臺的執(zhí)行機構(gòu)。 配置：使用品牌繼電器，防雷保護措施。17系統(tǒng)組成說明（12）10 油杯試驗

6、終端 功能：電纜試品與耐壓局放測試連接終端。 類型：分為10kV和35kV電纜試驗油杯。11 電纜試品 18系統(tǒng)組成說明（13）12 局放檢測/定位儀 左圖為智能型常規(guī)局放操作臺形式。 功能：測試試品局放量和局放超差定位使用。 配置：工業(yè)計算機高端配置，配15寸工業(yè)液晶屏。 19串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理（1）典型的諧振試驗系統(tǒng)的簡化線路圖 可調(diào)自耦變壓器T1控制勵磁變壓器T2,T2供給諧振回路功率,并將試品與電源回路隔離,電容器C代表試品電容及其他并聯(lián)電容(電壓分壓器電容,套管電容等)。電感器L代表可變電抗器，其電感量調(diào)節(jié)至抵消電容C的容抗，從而使回路達到諧振狀態(tài) 。20串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理（2）上述諧振

7、系統(tǒng)簡化電路的等效電路 假定勵磁變壓器無損耗，它的漏感集中到電抗器L的電感內(nèi)，系統(tǒng)的總損耗用串聯(lián)電阻R表示，由歐姆定律則可寫出下面的公式： 。21串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理（3）系統(tǒng)工作原理簡述 為使系統(tǒng)高效率地產(chǎn)生滿足試品要求的試驗電壓，由公式： 看出，通過調(diào)整感抗使其等于容抗，使系統(tǒng)回路電流達到最大值，同時試品兩端電壓達到最大值。 系統(tǒng)特點概括 大容量，高電壓。22串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理分析（1）如何調(diào)諧 由公式： 可以看出 ，為使電壓 達到最大值，需令回路總阻抗 達到最小值，即 。而感抗 ，容抗 ，因此有三種方式調(diào)諧： 1 調(diào)節(jié)頻率 ； 2 調(diào)節(jié)電感量 ； 3 調(diào)節(jié)電容量 。調(diào)頻諧振不在討論之內(nèi)，一個具

8、體試品的電容量也是固定的，因此本系統(tǒng)調(diào)諧特指的是調(diào)節(jié)電感量達到諧振狀態(tài)。23串聯(lián)諧振系統(tǒng)理論聯(lián)系實際（1）電抗器實現(xiàn)調(diào)諧的方式 通過調(diào)節(jié)鐵芯氣隙改變電感量，達到與電容性試品進行諧振。試驗裝置的調(diào)諧范圍由電抗器的幾何尺寸決定,通常電抗器能在4%至100%的鐵芯起隙范圍內(nèi)進行調(diào)諧。如何選擇和使用串聯(lián)諧振系統(tǒng) 串聯(lián)諧振系統(tǒng)帶負載范圍主要由電抗器決定，設(shè)計時需要根據(jù)試品范圍來推算出電抗器的范圍，進而確定電抗器的參數(shù)。 選擇系統(tǒng)時，要明確試驗試品的電容范圍；使用系統(tǒng)時，如果發(fā)現(xiàn)調(diào)整電抗器氣隙不能諧振，請首先確認試品電容值是否在系統(tǒng)負載范圍內(nèi)。 24串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理分析（2）諧振條件下的公式推導以及Q值定

9、義 在諧振狀態(tài)下: ， 因此: ， 或 : ( 僅在相位上有差異) 。 諧振回路的品質(zhì)因數(shù) 。 對于電容性負載,典型系統(tǒng)的Q值不小于20。Q值意義 由公式 分析，理論上供電變壓器和調(diào)壓器的容量比試驗所需容量小Q倍。 這樣極大的降低了設(shè)備的重量和體積，方便運輸和使用。 25串聯(lián)諧振系統(tǒng)理論聯(lián)系實際（2）Q值在實際操作時的用法 我公司Q值設(shè)計值是20，此值是最小值；在諧振狀態(tài)下，實際Q值是不小于20的。 26串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理分析（3）諧振條件下的功率因子 諧振條件下回路總阻抗Z=R，因此： 。功率因子意義 功率因子越大，系統(tǒng)功率效率越高，耗電越低； 功率因子越小，系統(tǒng)功率效率越低，耗電越高； 理論

10、上，在諧振時功率因子能夠達到最大值1。 27串聯(lián)諧振系統(tǒng)理論聯(lián)系實際（3）功率因子在實際操作時的用法 系統(tǒng)諧振時，理論上功率因子等于1，做試驗時，可以參考此值進行調(diào)諧。如右圖所示，介紹的是模擬V3.0系統(tǒng)的功率因子指示。 模擬V3.0系統(tǒng)功率因子指示圖28串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理分析（4-1）初次閃絡(luò)后的恢復電壓近似方程 。 備注：公式摘自高電壓實驗技術(shù)第二版。方程分析 令 ，那么 ； 若第二次閃絡(luò)的電壓比第一次略低，假設(shè)exp的指數(shù) 項衰減到5%左右，那么 ，即 。 由于諧振系統(tǒng)Q值較大，因此到第二次閃絡(luò)的時間約Q個周期。假設(shè)Q=20，那么二次擊穿時間約0.4秒。29串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理分析（4-2）3

11、0串聯(lián)諧振系統(tǒng)理論聯(lián)系實際（4）恢復過程 恢復過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長，而且不會出現(xiàn)任何恢復過電壓。保護 控制系統(tǒng)在到達二次閃絡(luò)電壓前會及時分閘，避免多 次閃絡(luò)。原因分析 綜合前述系統(tǒng)特點：試品閃絡(luò)后，系統(tǒng)滅弧迅速以及恢復電壓建立過程較長，方便系統(tǒng)及時分閘，避免重復閃絡(luò)，所以試品擊穿后的燒傷點并不大，有助于原因分析。 31串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理分析（5-1）諧波畸變率 定義：諧波分量的方均根值與基波分量的方均根值之比。 在電力供電系統(tǒng)中，基波是工頻50Hz。根據(jù)電網(wǎng)國標規(guī)定，以交流380V為例，電源中奇次諧波含有率應(yīng)小于4%，偶次諧波含有率應(yīng)小于2%。 串聯(lián)諧振系統(tǒng)在電源工頻頻率下

12、諧振，對于其他奇偶次諧波起到抑制作用，確保試品上的波形畸變率小。 32串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理分析（5-2）串聯(lián)諧振諧波畸變率估算 理想供電電源情況下的“輸出電壓比輸入電壓”方程如下: 。 實際供電電源存在諧振分量，上式可化簡為： 。 其中 ，是工頻的奇偶次諧波； 遠遠小于 ，可認為 。33串聯(lián)諧振系統(tǒng)原理分析（5-3） 假設(shè)電源中的諧波分量僅有2次諧波和3次諧波，那么理論上估算出試品兩端電壓諧波畸變率約為0.8%。 理論上難以精確計算出諧波畸變率，實踐中可用諧波測試儀器測量。實測試品兩端電壓諧波畸變率小于0.5%。 34串聯(lián)諧振系統(tǒng)理論聯(lián)系實際（5） 波形畸變率小的優(yōu)勢 改善輸出電壓的波形，獲得很好的正弦波形，有效的防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。 35串聯(lián)諧振系統(tǒng)優(yōu)點概括“大容量，高電壓”供電變壓器和調(diào)壓器容量小輸出電壓波形較好 試品閃絡(luò)后，系統(tǒng)滅弧迅速試品閃絡(luò)后，恢復電壓建立過程較長，并且不會出現(xiàn)過沖引起的過電壓試品閃絡(luò)后，系統(tǒng)既不會產(chǎn)生大的短路電流，也不會發(fā)生恢