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串联谐振电路-产生高电压和高电流

来源:
时间: 2019-10-08
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串联谐振电路


单级测试变压器的等效电路及其容性负载如图3.14所示。这里大号1 表示电压调节器的电感和变压器的初级, 大号变压器的励磁电感,大号2变压器次级的电感和Ç 负载的电容。通常,与L 1 和L 2相比,电感L非常大因此它的分流效果可以忽略不计。通常,负载电容是可变的,并且对于某些负载,电路中可能会突然发生谐振,然后电流仅会受到电路电阻的限制,并且试样两端的电压可能会高达20到所需值的40倍。同样,由于变压器铁芯饱和而产生的谐波也可能导致谐振。已经发现三次谐波频率是非常灾难性的。通过串联谐振,谐振被控制在基频,因此不会发生不希望的谐振。


串联谐振


用于测试目的的串联谐振(也叫串联变频谐振)电路的开发受到电缆行业的广泛欢迎,因为它们在测试短电缆时面临着测试变压器的谐振问题。在初始阶段,难以制造要在串联电路中使用的连续可变的高压和高价值电抗器,因此,采用间接方法来实现该目的。图3.15显示了一个无级电抗器,该电抗器连接在升压变压器的低压绕组中,其次级额定为全测试电压。C 2代表负载电容。如果N是变压比,L是变压器低压侧的电感,则将其反映为N 2 L值在变压器的次级侧(负载侧)。对于电抗器的特定设置,电感电抗可以等于电路的电容电抗,因此将发生谐振。 


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因此,电源的无功功率需求变为零,并且它仅需供应电路损耗。但是,变压器必须在高压侧承载满负载电流。这是该方法的缺点。该电感器专为高品质因数Q = ωL / R设计。因此,馈电变压器仅注入电路损耗。现在已经可以使用带有分裂铁芯的新技术来制造每单元300 kV的高压无级电抗器。这样,如图3.15所示,可以省去测试升压变压器。这些电感器的电感可以在很宽的范围内变化,这取决于负载的电容以产生谐振。在此R通常是低值。在达到谐振条件之后,可以通过增加输入电压来增加输出电压。馈电变压器的额定值为电抗器的额定电流


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图:3.15(a)带有可变ht电抗器的串联谐振电路(b)(a)的等效电路。图3.15(b)表示串联谐振电路的等效电路。


图3.15(b)表示串联谐振电路的等效电路。在此R通常是低值。在达到谐振条件之后,可以通过增加输入电压来增加输出电压。馈电变压器的额定值为电抗器的额定电流。在谐振下,输出电压将为


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其中Q是电感器的品质因数,通常在40到80之间变化。这意味着Q = 40时,输出电压是电源电压的40倍。这也意味着以kVA为单位的负载电容的无功功率要求是以KW为单位的馈电变压器提供的功率的40倍。这导致馈电变压器的额定功率相对较小。


以下是串联谐振电路的优点。


馈电回路的功率要求为KW(kVA)/ Q,其中kVA为无功功率


负载和Q的功率需求是可变电抗器的品质因数,通常大于40。因此,需求非常小。


串联谐振电路在很大程度上抑制了谐波和干扰。近正弦波有助于精确地进行部分测量,并且对于使用先灵桥测量绝缘材料的损耗角和电容也是理想的。如果在高压侧进行测试时样品出现飞弧或击穿,则谐振电路失谐,测试电压立即崩溃。短路


电流受可变电抗器的电抗限制。由于标本隔离的薄弱部分不会被破坏,因此它具有很大的价值。实际上,由于电弧闪络的能量很小,因此通过延迟供电中断并允许再次发生闪络,更容易观察到确切发生闪络的位置。


不需要单独的补偿电抗器(就像我们在测试变压器的情况下一样)。这导致较低的总重量。  


在测试SF6开关设备时,多次击穿不会导致高瞬态。因此,不需要特殊的瞬态保护。  


多个单元的串联或并联连接完全没有问题。可以串联连接任何数量的单元,而不必担心与级联测试变压器非常相关的阻抗问题。如果测试样品需要大电流进行测试,则可以将单元并联而没有任何问题。


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为了利用两种连接方法,即串联和并联谐振系统,尝试了采用串联并联的第三种系统。这基本上是对串联谐振系统的修改,可提供并联系统的大多数特性。图3.17。显示了典型的串联并联方法的示意图。


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在此,输出电压通过自动变压器作用实现,并联补偿通过电抗器的连接实现。已经观察到,在对大多数负载进行调谐的过程中,存在一定的间隙开口,这将导致并行连接的测试系统进入不受控制的测试样品过电压状态,并且如果允许测试装置运行于长时间,会导致过度加热并损坏反应器。另外,实验观察到,当系统在并联谐振条件下工作时,安培匝数会完全平衡。


在可变电抗器的所有其他设置下,安培匝数的不平衡将迫使大的漏磁通量进入周围的金属油箱和夹紧结构,这将导致大的循环电流,从而导致热点,这将不利地影响油箱中油的介电强度。


鉴于以上考虑,建议不要出于测试目的而进入串联-并联谐振操作模式。如果需要使用谐振测试电压的最高300 kV的单级系统,则必须采用并联谐振系统。对于超过300 kV的测试电压,强烈建议使用串联谐振方法。级联测试变压器的比重在10至20公斤/千伏安之间变化,而对于带有可变高压电抗器的串联谐振电路,其比重在3至6公斤/千伏安之间。可变频率电路随着静态变频器的发展,现在有可能进一步降低比重。


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图3.18给出了带有可变频率源的串联谐振电路的示意图。频率转换器仅提供测试电路的损耗,通常约为负载电容器无功功率的3%,因为可以将扼流圈设计为具有很高的品质因数。


关于具有大电容的试样的测试,要特别注意。在电抗固定的情况下,共振频率将比正常频率小。如果将施加的电压作为正常电压,则馈电变压器的铁芯将随着V / f饱和而变大,并且铁芯中的磁通会变大。因此,必须使用适当的电压来避免这种情况,因为静态变频器电路的比重已降至0.5 kg / kVA。要注意的是,尽管串联谐振系统在测试电缆和高度无损耗的电容性负载中非常流行,但级联变压器在高压实验室中更常见,用于测试中压范围的设备以及相对较高的负载。

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