串联谐振系统介绍(正式稿)-v1.02011-7-

1、串联谐振系统介绍衷心感谢您的选择和信任 杰智科技-佳特电气1杰智科技-佳特电气部门：技术部姓名：刘二宾邮件：座机：-6218 很荣幸能和大家欢聚一堂，共同探讨串联谐振系统的原理和应用。2R-L-C串联谐振电路介绍(1-1)R-L-C串联谐振电路图电阻R，电感L和电容C以串联方式连接；感抗和容抗相等时，电路处于谐振状态；调谐方式：可通过调节电源频率，改变感抗值和容抗值三种方式。 3R-L-C串联谐振电路介绍(1-2)串联谐振状态下，总回路阻抗达到最小值，产生高电压，也称为电压谐振；可用于试验电流满足要求，而电压不足的试验场合。4串联谐振试验系统定义串联谐振试验系统是由隔离变压器、调压器、励磁变压

2、器、电抗器和高压分压器等组成，试验时将被试品(容性负载)与电抗器以串联方式连接，通过调整电抗器使系统达到谐振状态，产生试验所需高压的试验系统。备注：通过调节电源频率也能使系统达到谐振状态，但不属于本次学习探讨范围。5系统组成说明（1）6系统组成说明（2）1 双屏蔽隔离变压器2 调压器3 低压滤波器4 励磁变压器5 高压谐振电抗器6 高压滤波器7 高压分压器8 校准注入电容器9 智能控制台10 油杯试验终端11 电缆试品12 局放检测/定位仪下面以串联谐振JTCX-1200kVA/120kV/70kV为例介绍系统组成。7系统组成说明（3）1 双屏蔽隔离变压器 功能：双屏蔽隔离变压器为系统提供电源

3、，主要是隔离电网干扰及变换电压，以提高局放测试灵敏度，可供用户室内连续使用。 指标：容量60kVA；输入380V，输出380V；衰减10dB。8系统组成说明（4）2 自耦接触式调压器 优点：具有体积小，重量轻，效率高，波形畸变小，调压特性好，使用方便，可靠，能长期运行。 指标：容量60kVA；输入380V，输出0420V。 9系统组成说明（5）3 低压滤波器 功能：也称为电源滤波器，过滤掉前端调压器除工频以外的谐波信号。 指标：电压380V，额定电流160A，衰减20dB。 备注：常规安装于调压器柜体内部。10系统组成说明（6）4 励磁变压器 功能：励磁变压器为是高压谐振电抗器提供电源输入，为

4、系统提供所需有功功率，同时使馈电回路与高压回路隔离。 指标：容量60kVA；输出6kV/3.5kV。 11系统组成说明（7）5 高压谐振电抗器 功能：电抗器与负载串联，调节电抗器的电感量，可达到串联谐振状态，输出高电压。 指标：容量1200kVA；输出120kV10A/70kV17.1A。12系统组成说明（8）6 高压滤波器 功能：高压滤波器是试验系统中高压输出端最后一道滤波，它由电感线圈、高压电容器组成双T型滤波。 指标：电压120kV，额定电流17.1A；衰减大于40dB；局放小于2pC。13系统组成说明（9）7 高压分压器 功能：用于高压电抗器输出高电压测量，由于从高压侧直接取值，测量精

5、度较高。安装于电抗器套管内部（也可定制外配分压器）。 指标：量程120kV，精度1%内，局放小于2pC。14系统组成说明（10）8 校准注入电容器 功能：高压校正注入电容器用于局放测量校准用。 指标：额定电压120kV；电容量100pF（精度1%内）；局放小于2pC。 15系统组成说明（11-1）9 -1智能控制台 左图为智能型常规控制台形式。 功能：系统控制与测量的操作台。 配置：工业计算机高端配置，配15寸工业液晶屏。16系统组成说明（11-2）9-2 控制柜 左图为智能型常规控制柜形式。 功能：控制台的执行机构。 配置：使用品牌继电器，防雷保护措施。17系统组成说明（12）10 油杯试验

6、终端 功能：电缆试品与耐压局放测试连接终端。 类型：分为10kV和35kV电缆试验油杯。11 电缆试品 18系统组成说明（13）12 局放检测/定位仪 左图为智能型常规局放操作台形式。 功能：测试试品局放量和局放超差定位使用。 配置：工业计算机高端配置，配15寸工业液晶屏。 19串联谐振系统原理（1）典型的谐振试验系统的简化线路图 可调自耦变压器T1控制励磁变压器T2,T2供给谐振回路功率,并将试品与电源回路隔离,电容器C代表试品电容及其他并联电容(电压分压器电容,套管电容等)。电感器L代表可变电抗器，其电感量调节至抵消电容C的容抗，从而使回路达到谐振状态 。20串联谐振系统原理（2）上述谐振

7、系统简化电路的等效电路 假定励磁变压器无损耗，它的漏感集中到电抗器L的电感内，系统的总损耗用串联电阻R表示，由欧姆定律则可写出下面的公式： 。21串联谐振系统原理（3）系统工作原理简述 为使系统高效率地产生满足试品要求的试验电压，由公式： 看出，通过调整感抗使其等于容抗，使系统回路电流达到最大值，同时试品两端电压达到最大值。 系统特点概括 大容量，高电压。22串联谐振系统原理分析（1）如何调谐 由公式： 可以看出 ，为使电压 达到最大值，需令回路总阻抗 达到最小值，即 。而感抗 ，容抗 ，因此有三种方式调谐： 1 调节频率 ； 2 调节电感量 ； 3 调节电容量 。调频谐振不在讨论之内，一个具

8、体试品的电容量也是固定的，因此本系统调谐特指的是调节电感量达到谐振状态。23串联谐振系统理论联系实际（1）电抗器实现调谐的方式 通过调节铁芯气隙改变电感量，达到与电容性试品进行谐振。试验装置的调谐范围由电抗器的几何尺寸决定,通常电抗器能在4%至100%的铁芯起隙范围内进行调谐。如何选择和使用串联谐振系统 串联谐振系统带负载范围主要由电抗器决定，设计时需要根据试品范围来推算出电抗器的范围，进而确定电抗器的参数。 选择系统时，要明确试验试品的电容范围；使用系统时，如果发现调整电抗器气隙不能谐振，请首先确认试品电容值是否在系统负载范围内。 24串联谐振系统原理分析（2）谐振条件下的公式推导以及Q值定

9、义 在谐振状态下: ， 因此: ， 或 : ( 仅在相位上有差异) 。 谐振回路的品质因数 。 对于电容性负载,典型系统的Q值不小于20。Q值意义 由公式 分析，理论上供电变压器和调压器的容量比试验所需容量小Q倍。 这样极大的降低了设备的重量和体积，方便运输和使用。 25串联谐振系统理论联系实际（2）Q值在实际操作时的用法 我公司Q值设计值是20，此值是最小值；在谐振状态下，实际Q值是不小于20的。 26串联谐振系统原理分析（3）谐振条件下的功率因子 谐振条件下回路总阻抗Z=R，因此： 。功率因子意义 功率因子越大，系统功率效率越高，耗电越低； 功率因子越小，系统功率效率越低，耗电越高； 理论

10、上，在谐振时功率因子能够达到最大值1。 27串联谐振系统理论联系实际（3）功率因子在实际操作时的用法 系统谐振时，理论上功率因子等于1，做试验时，可以参考此值进行调谐。如右图所示，介绍的是模拟V3.0系统的功率因子指示。 模拟V3.0系统功率因子指示图28串联谐振系统原理分析（4-1）初次闪络后的恢复电压近似方程 。 备注：公式摘自高电压实验技术第二版。方程分析 令 ，那么 ； 若第二次闪络的电压比第一次略低，假设exp的指数 项衰减到5%左右，那么 ，即 。 由于谐振系统Q值较大，因此到第二次闪络的时间约Q个周期。假设Q=20，那么二次击穿时间约0.4秒。29串联谐振系统原理分析（4-2）3

11、0串联谐振系统理论联系实际（4）恢复过程 恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长，而且不会出现任何恢复过电压。保护 控制系统在到达二次闪络电压前会及时分闸，避免多 次闪络。原因分析 综合前述系统特点：试品闪络后，系统灭弧迅速以及恢复电压建立过程较长，方便系统及时分闸，避免重复闪络，所以试品击穿后的烧伤点并不大，有助于原因分析。 31串联谐振系统原理分析（5-1）谐波畸变率 定义：谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比。 在电力供电系统中，基波是工频50Hz。根据电网国标规定，以交流380V为例，电源中奇次谐波含有率应小于4%，偶次谐波含有率应小于2%。 串联谐振系统在电源工频频率下

12、谐振，对于其他奇偶次谐波起到抑制作用，确保试品上的波形畸变率小。 32串联谐振系统原理分析（5-2）串联谐振谐波畸变率估算 理想供电电源情况下的“输出电压比输入电压”方程如下: 。 实际供电电源存在谐振分量，上式可化简为： 。 其中 ，是工频的奇偶次谐波； 远远小于 ，可认为 。33串联谐振系统原理分析（5-3） 假设电源中的谐波分量仅有2次谐波和3次谐波，那么理论上估算出试品两端电压谐波畸变率约为0.8%。 理论上难以精确计算出谐波畸变率，实践中可用谐波测试仪器测量。实测试品两端电压谐波畸变率小于0.5%。 34串联谐振系统理论联系实际（5） 波形畸变率小的优势 改善输出电压的波形，获得很好的正弦波形，有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿。 35串联谐振系统优点概括“大容量，高电压”供电变压器和调压器容量小输出电压波形较好 试品闪络后，系统灭弧迅速试品闪络后，恢复电压建立过程较长，并且不会出现过冲引起的过电压试品闪络后，系统既不会产生大的短路电流，也不会发生恢