串联谐振讲义

1、串 联 谐 振 讲 义前言： 随着国家电网的日益发展，被试设备的电压等级越来越高，容量越来越大。早先的交流升压变压器由于设备体积大，设备重量重，不能满足现代试验-体积小、重量轻、操作简单、兼容性强的特点。所以串联谐振这种技术在迅速的推广及应用。一 工作原理串联谐振原理图上图可以把它简单的替换成1个RLC串联回路 等效图串联谐振电路中，流过LCR的电流是相等的，而Q值表示的是电感或电容两端电压比上电阻两端电压，所以Q值就是电抗比上电阻，并取正值。Q=wL/R=1/(wRC)。而并联谐振网络中，LCR两端的电压都是相等的，而Q值表示的是流过电感或电容的电流比上电阻上流过的电流，所以Q值是电纳比上电

2、导并取正值。Q=(1/wL)/(1/R)=R/(wL)=wRC当RLC电路产生谐振时，XL=XC UC=UXL/R=UXC/R此时的谐振频率为f=1/2(LC) ,在C上将产生很高的电压 UC=QUe式中Ue为电源输入电压，Q是品质因数。即在被试品上获得的电压是电源输入电压的Q倍。串联谐振的优点：利用额定电压较低的电源，通过谐振（谐振条件XL=XC）可以在被试品上获得较高的输出电压。此电路形成1个良好的滤波电路，故输出电压UC是1个良好的正弦波电压。当试品击穿失去谐振，高低压电流自动减小，不会扩大被试品的故障点。二 常用计算公式1. 输入功率 P=UIcos 谐振时，负载为纯阻性cos=1，P

3、=UI2. 输出功率 PC=UCI=QUeI=QPe3. 谐振电流 I=2fCUC4. 试品电容 C=1/(2f)2L5. 回路电感 L=1/(2f)2C6. 谐振频率 f=1/2(LC) 7. 电抗器电流 IL=UL/XL=UL/2Fl8. 品质因数 Q=UC/Ue注：Ue励磁变输出电压，UC被试品两端电压。三 设备熟悉串联谐振设备由5个部件组成，分别是电抗器、励磁变、变频控制箱、分压器、负载补偿电容器。1. 电抗器 1.1牢记6种铭牌标称例：F-DK18/2.8额定电压：18kv 额定电流：2.8A 工时制：15分钟额定电感量: 23H 工作频率：45300Hz 最大负载0.55f 上述的

4、铭牌标称即为此电抗器的极限值，请勿擅自超越。超过极限将可能造成人身及设备事故。1.2使用注意事项a.电抗器放置必须与周围物件保持一定安全距离。b.电抗器放置过程中严禁放置在铁板上，因为放置在铁板上将产生涡流，影响谐振试验。c.电抗器串联平铺放置式使用时，第1节电抗器可直接放置在地上（输入电压低通常才几千伏，并且随设备配置了可拖地的高压引线不存在高压危险），第2节电抗器必须在底部放置转配绝缘筒。因为此时在第2节电抗器的低压端将产生第1节电抗器高压端输出的电压，根据电抗器型号不同，变频电源输出电压不同产生的高压通常都在几万伏。负载补偿电容器250kV分压器37kV电抗器六串励磁变压器 1. 竖直放

5、置式2. 平铺放置式2. 励磁变压器1 输出接线柱励磁变输出高端，连接至电抗器低压端。2 电流取样输出插座用专配电缆线连接至控制箱的电流取样输入插座，用于试品电流测量。3 接地接线柱E励磁变输出低端，用专配接地线组接大地。4 变频输入插座五心快速卡口联接插座，用专配电缆线连接至控制箱的变频输出插座。5 常用励磁变的输出有三个绕组，应用接线柱上的两块金属连接片，可将输出绕组构成两种连接方式： 图3 励磁变面板图串联：试验电压较高时，励磁变输出绕组串联联接，励磁变可输出较高电压但输出电流较小。并联：试验电压较低时，励磁变输出绕组并联联接，励磁变输出电压较低但可输出较大电流。如励磁变输出为四个绕组时

6、，可构成四并、二并二串及四串的三种连接方式。注： 试验接线时，应严格区分副边绕组的输出高端与接地端，请依据面板提示接线！3. 变频控制箱1.多功能LCD显示器 2.指针电流表 3.指针电压表 4.过压整定拨盘开关 5.功能旋钮 6.调频旋钮 7. 调压旋钮 8 RS-232接口. 9.红色带灯按钮 10. 绿色带灯按钮 11. 电源开关 12电源输入插座 13. 变频输出插座 14. 电流取样输入插座 15. 高压取样输入插座 16. 接地端子4电容分压器1 高压端与被试品高压端（或电抗器高压端）相连。2 测量输出插座采用专配的测量电缆与控制箱电压测量输入端连接。3 接地端子采用专配接地线按接

7、线图指示接地。注：分压器与控制箱为专配专用，不得与其它设备换用。 5. 负载补偿电容器负载补偿电容器如图6所示。1高压端额定电压较高，但对地端电容量较小。2中压端额定电压较低，但对地端电容量较大。对某些型号配备。3接地端用专配接地线组接地。当被试品电容量较小（如试验电缆较短）时，在试品两端并联此负载补偿电容器，使谐振频率在允许的范围内。单独使用此补偿电容器即可使系统谐振升压，用于检验设备的完好与否或对试验人员进行操作培训。图6 负载补偿电容器当电抗器是单台或多台并联时，使用23端连接。当电抗器是多台串联时，使用13端连接。注：严禁超过额定电压使用!四 电抗器的组配串联谐振设备主要运用于被试品主

8、绝缘耐压。其中根据两种不同形式的试验，对电抗器的配置要求也不相同。1. 对于频率没有特殊要求的试验如：电缆试验 、高压开关 、隔离刀闸、GIS组合电器等。配置步骤：a根据试验标准选择试验电压，并根据试验电压考虑电抗器的组配。如：0.5公里规格为8.7/10kv 95 mm2电缆试验10KV电缆交流耐压试验电压为2.5U0=2.5*8.7=21.75kv F-DK18/2.8电抗器额定电压为18KV，单台不能满足21.75KV，就需要此型号两台电抗器串联使用。2*18KV=36kv>21.75kvb.估算或者通过仪器测量被试品的电容量，根据电容量选择电抗器组配交联电缆等效电容量参考数据1.

9、单芯电缆单位：F/km导体截面(mm2) 电缆电压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电缆 单位：F/km导体截面(mm2) 电缆电压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以上数据由苏州华电电气技术有限公司提供，仅供参考!例：0.5公里规格为8.7/10kv 95 mm2电缆 估算电容量0.5*0.24=0.12f 型号为 F-DK18/2.8电抗器最大负载为0.55f。 0.55f>0.12f 所以单台电抗器就可满足要求。但是根据第1步电压要求,需要2台电抗器串联使用。那么两台电抗器串联后，最大负载量将减小1半即0.55/2=0.275f>0.12f。c.频率核算根据公式f=1/2(LC) 计算频率是否超出试验要求。例：根据上两步配置需要2个电抗器串联使用则L=2*45H=90H

12、 Cx=0.12f Cb=250Pf（分压器电容量与被试品相比极小时可忽略） f=48.45Hz>45Hz结论：0.5公里规格为8.7/10kv 95 mm2电缆试验可以用2台型号为F-DK18/2.8的电抗器串联组合进行试验。2. 对于频率有特殊要求的试验（工频耐压试验） 如：发电机、变压器、高压电机等a. 根据测出的被试品电容量，通过求感公式L=1/(2f)2C计算所需电感量。 例; 6kv发电机的对地电容量为0.2f，要求试验频率50±2Hz 则L=1/(2f)2C=50.71H b. 根据已知电抗器电感量组合。例; 型号为F-DK18/2.8电抗器的额定电感量: 23H，用2台串 联使用L=2*23=46H和50.71H比较接近。c. 根据试验标准的试验电压选择电抗器组配 例：6kv的发电机试验电压为（1000+6000*2）*0.8=10400V=10.4kv 2台电抗器串联使用额定电压为2*18kv=36kv>10.4kvd. 根据公式I=2fCUC计算谐振电流,与现有电抗器额定电流比较，选择组配方法。 例：I=2fCUC =0.653A 型号为F-DK18/2.8电抗