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串聯(lián)諧振技術原理
發(fā)布日期：2020-06-15 點擊：25445次
串聯(lián)諧振技術原理
串聯(lián)諧振阻抗特性會受到諧振阻抗、諧振特性阻抗和諧振品質因素等影響，但是實際上串并聯(lián)諧振的特性阻抗是有諧振決定的。那么到底什么是諧振的阻抗特性，串聯(lián)諧振及并聯(lián)諧振阻抗又有什么特點和區(qū)別呢？
串并聯(lián)諧振的阻抗特性
1.串聯(lián)諧振的阻抗特性：輸出電流輸入信號頻率而變化的熱性成為的選頻特性，發(fā)生串聯(lián)諧振時，因阻抗最小，流失的電流最大。
a.阻抗特性諧振時，的感抗于容抗相等，互相抵消，阻抗最小，且為純阻；
b.失諧時，串聯(lián)諧振電路阻抗增加，相位值增大。當W>W0時，串聯(lián)阻抗呈感性；當W>W0時，串聯(lián)阻抗呈容性。
2.并聯(lián)諧振的阻抗特性：
并聯(lián)諧振的特點是，諧振時阻抗最大且為純電阻，即Z0＝R0＝；諧振阻抗為感抗或容抗的Q倍，
即Z0=Qω0L=Q∕ω0C。
當電流一定時，電感或電容兩端的電壓最大，若偏離諧振頻率，阻抗及電壓將明顯減小。
3.串并聯(lián)的比較
a.諧振時：
串聯(lián)諧振的阻抗：
并聯(lián)諧振的阻抗：
b.相頻特性：串聯(lián)的相頻特性為正協(xié)率，并聯(lián)電路的相頻特性為負斜率，且最大相移為±90.
3.實際運用中:串聯(lián)回路適合信號源和負載串接，從而使信號電流有效的送給負載；并聯(lián)回路適合信號源和負載并接，使信號在負載上得到的電壓振幅最大
諧振屬于無源濾波網絡，其作用是
選頻濾波：從輸入信號中選出有用頻率分量，抑制無用頻率分量或噪音；
阻抗變換電路及匹配電路；
實現(xiàn)頻幅，頻相變換：將頻率的變化轉化為振幅或相位的變化；將在頻率調制中講。
并聯(lián)諧振阻抗特性分析要將輸入信號頻率分成多種情況進行。
1.輸入信號頻率等于諧振頻率fo
當信號頻率等于LC串聯(lián)諧振電路的諧振頻率fo時，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，串聯(lián)諧振電路的阻抗最小且為純阻性（不為容性也不為感性），其值為屆（純阻性）。
當信號頻率偏離LC諧振電路的諧振頻率時．電路的阻抗均要增大，且頻率偏離的量越大，電路的阻抗就越大，這一點恰好是與LC并聯(lián)諧振電路相反的。
要記?。捍?lián)諧振時電路的阻抗最小。
2．輸入信號頻率高于諧振頻率fo
當輸入信號頻率高于諧振頻率時，LC串聯(lián)諧振電路為感性，相當于一個電感（電感量大小不等于厶）。
改變直流電源電壓Ud或改變晶閘管的觸發(fā)頻率，即改變負載功率因數(shù)cosφ。并聯(lián)逆變器的功率調節(jié)方式，一般只能是改變直流電源電壓Ud。改變cosφ雖然也能使
為避免濾波電抗Ld上產生大的感生電勢，電流必須連續(xù)。也就是說，必須保證逆變器上、下橋臂晶閘管在換流時，是先開通后關斷，也即在換流期間(tγ)內所有晶閘管都處于導通狀態(tài)。這時，雖然逆變橋臂直通，由于Ld足夠大，也不會造成直流電源短路，但換流時間長，會使系統(tǒng)效率降低，因而需縮短tγ，即減小Lk值。
中國電力系統(tǒng)的計劃和容量在不斷的拓展，電力系統(tǒng)的高壓工作安全疑問是非常首要的疑問，文章對高壓設備的絕緣耐壓技術做了介紹，并對絕緣耐壓的試驗進行了研討和分析。
電力系統(tǒng)的計劃、容量不斷地拓展，停電構成的丟失越來越嚴峻。絕緣往往是電力系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，電氣設備在長期高電壓下，會構成其絕緣功用逐步丟失，絕緣缺陷一般是引發(fā)電力系統(tǒng)事端的首要緣由[1]。
2 高壓耐壓的試驗研討串聯(lián)諧振技術原理
2.1 高壓耐壓查看確診技術介紹
絕緣的查看確診的技術在電力設備耐壓絕緣查看方面的應用是比照廣泛的，電力設備在電力系統(tǒng)工作中不斷的外力作用下，功用不會逐步的變差，外力要素包括外在的環(huán)境，腐蝕度，高壓和機械等各種不良要素，在不良要素的作用下，會構成電力設備的缺陷，甚至照成電力系統(tǒng)的間斷。
2.2 高壓試驗的分類
根據(jù)對設備的影響和是不是帶電給與分類：
2.2.1 按照對設備構成的影響程度分類
非損壞性的試驗在絕緣試驗中是比照多見的，非損壞性的試驗是指，不在高壓或者有腐蝕性的條件首要是以測量為主的，去區(qū)分電氣設備的的內部的絕緣的危害程度，這類的試驗包括，有些的放電試驗、對絕緣電阻的試驗、對材料介質損耗的正切測量的試驗、絕緣油的有關分析試驗。
耐壓試驗一般指的便是損壞性試驗，絕緣試驗的工作原理便是在高于電氣設備正常工作電壓來查核設備的電壓耐受才華和抗壓的才華。損壞性試驗時會對電氣設備的絕緣性構成危害，但是卻能夠保證電氣設備的絕緣的水平，一般損壞性的試驗包括：交直流耐壓絕緣試驗，雷擊絕緣耐壓試驗等
2.2.2 按照設備是不是帶電的方法分類
不帶電方法：對設備進行不帶電狀況下的確診和查看，但是在試驗的進程中一定要嚴厲的按照電氣設備的預防性試驗的懇求來進行，上文中介紹了非損壞性試驗和耐壓交直流試驗，這兩種方法都是能夠采用的，在非損壞性試驗往后在進行損壞性試驗。這種方法也存在的一定的判定，一方面在對不帶電狀況下的周期試驗區(qū)分不太精確，并且這種方法比照理論，對實習的協(xié)助不太大[4]。
帶電方法：在帶電的狀況下進行查看是一種比照有用的查看的方法，在試驗的進程中，電氣設備反應出來的，絕緣的狀況都是比照直接的并且是比照連續(xù)的，反應出來的特性是比照真實的，能夠得到比照連續(xù)的試驗數(shù)據(jù)，在往后的數(shù)據(jù)處理進程中對絕緣參數(shù)特性的分析將會計較精確有有用的價值。但是這種方法的話，只能那個選用對絕緣電阻的試驗、對材料介質損耗的正切測量的試驗等不損壞性的試驗的方法。
3 高壓絕緣耐壓試驗進程
選用傳感器進行數(shù)據(jù)搜集：根據(jù)查看的電氣設備的特性來搜集有關的參數(shù)（對傳感器的選擇也很首要）以便進行下一步的數(shù)據(jù)的處理做準備。
處理數(shù)據(jù)的進程：對搜集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理的方法加以分析，然后根據(jù)某種特征參數(shù)來反應被測電氣設備的工作狀況。
電氣設備的絕緣耐壓確診：根據(jù)絕緣老化進程的知識以及工作閱歷，參照有關規(guī)程對絕緣工作狀況進行辨認、區(qū)分，即完結確診進程。并對絕緣的發(fā)展趨勢進行猜測，從而對缺陷供應預警，并能為下一步的修補抉擇計劃供應技術根據(jù)。
4 損壞性交流耐壓試驗
交流的耐壓試驗是指在進行電氣設備的絕緣之外在進行交流試驗。一般狀況下，試驗的電壓值要比電氣設備本身的電壓值要高很多，并且試驗進程中高壓要作用在電氣設備上一定的持續(xù)時間，在進行試驗時，一定要在符合高壓試驗的試驗室進行，只需這么才華避免事端的發(fā)作，交流耐壓試驗在高壓電氣設備絕緣耐壓試驗中占有很首要的方位。
4.1 耐壓試驗方法
（1） 串聯(lián)賠償
當試驗變壓器的額定電壓小于所需試驗電壓，但電流額定量能滿足試品試驗電流的狀況下，可選用串聯(lián)賠償?shù)姆椒ㄟM行試驗。運用串聯(lián)諧振做耐壓試驗有兩個長處：①若被試品擊穿，則諧振停止，高壓不見；②擊穿后電流降低，不致于構成被試品擊穿點拓展。
（2）并聯(lián)諧振（電流諧振）法
當試驗變壓器的額定電壓能滿足試驗電壓的懇求，但電流達不到被試品所需的試驗電流時，可選用并聯(lián)諧振對電流加以賠償，以處理容量缺少的疑問。
并聯(lián)回路兩支路的感抗和容抗分別為C1和CX，當CX=C1時，回路發(fā)作諧振。這時雖然兩個支路的電流都很大，但回路的總電流I≈0，CX上的電壓等于電源電壓。當選用積木式電抗器進行賠償時，初度根據(jù)試驗電壓判定電抗器的串聯(lián)個數(shù)及分接頭的方位，再判定電抗器的并聯(lián)數(shù)，使得賠償電流L、試品電流C1及變壓器額定輸出電流In滿足聯(lián)絡，即可進行試驗。
電網工作的電壓如今是越來越高，工作時的風險系數(shù)也越來越大了，事端更也許發(fā)作了，其間電氣設備缺陷緣由以絕緣首戰(zhàn)之地，高壓設備終究能夠運用多久要害要靠絕緣功用，所以絕緣功用是查驗電氣設備是不是合格的非常要害的參數(shù)。絕緣檢驗在電氣設備進行試驗的時分，占了決定性的低位。不僅如此更應該加強對絕緣技術的監(jiān)督工作，其間的技術監(jiān)督（也能夠叫“絕緣監(jiān)督”）工作影響著電氣設備的健康以及照常的運作，是締造電力設備安全的基石，是電力工業(yè)技術辦理的很有必要的本職工作。
一、絕緣電阻測量法
絕緣電阻=外施電壓/全電流，其間的電流是隨時間改動的量。位移電流、吸收電流、泄露電流一同組成了這個電流。電容電流便是我們所說的位移電流，一般狀況下通過0.5s就會徹底衰退；把絕緣介質進行極化后就成了衰減較慢的吸收電流；在介質里邊或表面層運動的帶電粒子通過運動構成了傳導電流也便是泄露電流，其性質很安穩(wěn)大多數(shù)狀況下是不會改動的。其間要提及的是，全電流發(fā)作的的衰減表象又被叫做介質的吸收。
絕緣電阻測量法是最多見常用的不屬于損壞性試驗的方法：兆歐表常常被選擇去作為測量絕緣電阻的儀器。用來接通電氣設備的絕緣全部是多層，它們在外加的直流電壓的作用下，會對輸入的電有吸收作用使得通過的電流逐步逐步變小，一直到到達某一固定的值后才堅持安穩(wěn)，其間這一安穩(wěn)的值就被稱作泄露電流。盡人皆知，通過介質的電流假如小則介質電阻的測量值就會很大，舉例來說，假如被試驗的物體導電功用差，就會致使其吸收的時間偏長，會很簡單發(fā)現(xiàn)隨之發(fā)作的明顯的吸收表象，又假如被查看物品濕度很大或它有很多的導電通道并且集合度很高，就會使其絕緣電阻大大降低，泄露電流變高，吸收所需的時間變少。較大的泄露電流會馬上從流過絕緣的電流改動而來。所以被試品的電流改動狀況可用來判定被檢驗物品是不是絕緣出色。
二、交流耐壓試驗
假如要查驗電氣設備的絕緣的耐受工頻電壓作用才華就需要做交流耐壓試驗。對于那些小于或等于220kv的電氣設備也要用這個試驗來區(qū)分其絕緣的耐受①操作過電壓，②暫時過電壓這兩種電壓的才華。進行試驗時，把被試品按懇求和規(guī)矩接入試驗的電路，然后再逐步將電壓增加到標準所規(guī)矩的額定工頻能夠接受的耐受電壓值，如此作用一分鐘，再疾速地、平穩(wěn)地把電壓降壓到零。假如在規(guī)矩給的時間長度內，被試品絕緣沒有被擊穿或在表面發(fā)作閃絡，就可認定該絕緣通過了這個試驗。工頻交流耐壓試驗所加電壓比電氣設備的額定工作電壓要高，運用這一試驗進程能夠發(fā)現(xiàn)很多絕緣的缺陷，對有些的缺陷會更明顯，但是因為在進行耐壓試驗時會不行避免的給絕緣帶來不一樣程度的損壞，所以需要把工頻交流耐壓試驗安排在試驗過絕緣電阻、介質損耗因數(shù)等項目并且合格往后再做SF6氣體檢測。
工作電力設備的進程中，絕緣長期受著多種要素如電場、溫度以及機械振動的作用逐步變得殘次，這劣化包括整體的和有些的，使得缺陷由此發(fā)作。區(qū)分電力設備是不是有出色絕緣強度的最有用直接的方法便是工頻交流耐壓試驗，它也是預防性試驗傍邊的一項至關首要的內容。除此之外，因為交流耐壓的試驗電壓都會高過工作電壓，所以一旦絕緣通過了試驗，設備就有較大的安全裕度，所以交流耐壓試驗是保證電力設備安全工作的一個很要害的進程。
三、直流耐壓試驗
判定絕緣的電氣強度還能夠做直流耐壓試驗，它比較于交流耐壓試驗的特色為①試驗設備不無窮不重②在對絕緣進行直流耐壓試驗的時分，調查內部的絕緣缺陷可通過測量泄露電流來看。
直流耐壓試驗的原理與絕緣電阻試驗沒什么不一樣，僅有的區(qū)別就在于試驗電源的來歷是高壓整流設備，而泄露電流則是用微安表測量。把比工作電壓高很多的試驗電壓加在被檢驗物上并且試驗一定時間。當升壓時，分不一樣的時間段去讀取其相應電壓的相應泄露電流值，制作出直流電壓與泄露電壓的相應聯(lián)絡的圖像，并用此來區(qū)分該絕緣在直流試驗電壓下是不是能夠出色絕緣。泄露電流曲線假如是近似直線那么該絕緣便是出色的，反之則有缺陷。
現(xiàn)場直流耐壓試驗用來測量電壓的設備一般有①串聯(lián)高阻器和微安表的測量系統(tǒng)②電阻分壓器和低壓電壓表的測量系統(tǒng)③高壓靜電電壓表。
其間測量用的高阻器和電阻分壓器的高壓臂電阻器的阻值，在滿足減小測量設備的功率損耗這一懇求的一起，還要盡也許大。高阻器的安穩(wěn)阻值應該是按標準：工作電流0.5～1mA（起碼不小于200μA）去選擇。高阻器的絕緣套管最好一體并且把均壓設備安排在上端，屏蔽環(huán)安在下端。
串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置運用原理是運用串聯(lián)諧振的原理，通過調節(jié)變頻控制器的輸出頻率，使得回路中的電抗器電感L和試品電容C發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振電壓即為試品上所加電壓。變頻諧振試驗裝置廣泛應用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)，適用于大容量、高電壓的電容性試品，如發(fā)電機、電力變壓器、GIS和高交聯(lián)動力電纜、互感器、套管等的交接試驗和預防性試驗。
我公司在變頻串聯(lián)諧振高壓試驗方面，自行開發(fā)的調頻、調壓軟件技術，領先于國內高壓試驗行業(yè)，利用這一技術設計，制造的變頻串聯(lián)諧振高壓試驗裝置，完全符合國家有關高壓試驗的規(guī)程和要求。
通過變頻控制器提供供電電源，試驗電壓由勵磁變壓器經過初步升壓后，使高電壓加在電抗器L和被試品Cx上，通過改變變頻控制器的輸出頻率，使回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，調節(jié)變頻控制器的輸出電壓，使試品上高壓達到所需要的電壓值。
回路的諧振頻率取決于被試品電容Cx和電抗器的電感L，諧振頻率f=1/（2π√LC）。
1. 從負載諧振方式劃分，可以為并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器兩大類型，下面列出串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的主要技術特點及其比較：
串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置和并聯(lián)逆變器的差別，源于它們所用的振蕩電路不同，前者是用L、R和C串聯(lián)，后者是L、R和C并聯(lián)。
（1）串聯(lián)逆變器的負載電路對電源呈現(xiàn)低阻抗，要求由電壓源供電。因此，經整流和濾波的直流電源末端，必須并接大的濾波電容器。當逆變失敗時，浪涌電流大，保護困難。
并聯(lián)逆變器的負載電路對電源呈現(xiàn)高阻抗，要求由電流源供電，需在直流電源末端串接大電抗器。但在逆變失敗時，由于電流受大電抗限制，沖擊不大，較易保護。
（2）串聯(lián)逆變器的輸入電壓恒定，輸出電壓為矩形波，輸出電流近似正弦波，換流是在晶閘管上電流過零以后進行，因而電流總是超前電壓一φ角。 并聯(lián)逆變器的輸入電流恒定，輸出電壓近似正弦波，輸出電流為矩形波，換流是在諧振電容器上電壓過零以前進行，負載電流也總是越前于電壓一φ角。這就是說，兩者都是工作在容性負載狀態(tài)。
（3）串聯(lián)逆變器是恒壓源供電，為避免逆變器的上、下橋臂晶閘管同時導通，造成電源短路，換流時，必須保證先關斷，后開通。即應有一段時間(t )使所有晶閘管（其它電力電子器件）都處于關斷狀態(tài)。此時的雜散電感，即從直流端到器件的引線電感上產生的感生電勢，可能使器件損壞，因而需要選擇合適的器件的浪涌電壓吸收電路。此外，在晶閘管關斷期間，為確保負載電流連續(xù)，使晶閘管免受換流電容器上高電壓的影響，必須在晶閘管兩端反并聯(lián)快速二極管。 并聯(lián)逆變器是恒流源供電，為避免濾波電抗Ld上產生大的感生電勢，電流必須連續(xù)。也就是說，必須保證逆變器上、下橋臂晶閘管在換流時，是先開通后關斷，
也即在換流期間(tγ)內所有晶閘管都處于導通狀態(tài)。這時，雖然逆變橋臂直通，由于Ld足夠大，也不會造成直流電源短路，但換流時間長，會使系統(tǒng)效率降低，因而需縮短tγ，即減小Lk值。
串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區(qū)別3
（4）串聯(lián)逆變器的工作頻率必須低于負載電路的固有振蕩頻率，即應確保有合適的t 時間，否則會因逆變器上、下橋臂直通而導致?lián)Q流的失敗。
并聯(lián)逆變器的工作頻率必須略高于負載電路的固有振蕩頻率，以確保有合適的反壓時間t ，否則會導致晶閘管間換流失??；但若高得太多，則在換流時晶閘管承受的反向電壓會太高，這是不允許的。
（5）串聯(lián)逆變器的功率調節(jié)方式有二：改變直流電源電壓Ud或改變晶閘管的觸發(fā)頻率，即改變負載功率因數(shù)cosφ。
并聯(lián)逆變器的功率調節(jié)方式，一般只能是改變直流電源電壓Ud。改變cosφ雖然也能使逆變輸出電壓升高和功率增大，但所允許調節(jié)范圍小。
（6）串聯(lián)逆變器在換流時，晶閘管是自然關斷的，關斷前其電流已逐漸減小到零，因而關斷時間短，損耗小。在換流時，關斷的晶閘管受反壓的時間(t +tγ)較長。
串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區(qū)別串聯(lián)諧振技術原理
并聯(lián)逆變器在換流時，晶閘管是在全電流運行中被強迫關斷的，電流被迫降至零以后還需加一段反壓時間，因而關斷時間較長。相比之下，串聯(lián)逆變器更適宜于在工作頻率較高的感應加熱裝置中使用。
（7）串聯(lián)逆變器的晶閘管所需承受的電壓較低，用380V電網供電時，采用1200V的晶閘管就行，但負載電路的全部電流，包括有功和無功分量，都需流過晶閘管。逆變晶閘管丟失脈沖，只會使振蕩停止，不會造成逆變顛覆。
并聯(lián)逆變器的晶閘管所需承受的電壓高，其值隨功率因數(shù)角φ增大，而迅速增加。但負載本身構成振蕩電流回路，只有有功電流流過逆變晶閘管，而且逆變晶閘管偶而丟失觸發(fā)脈沖時，仍可維持振蕩，工作比較穩(wěn)定。
（8）串聯(lián)逆變器可以自激工作，也可以他激工作。他激工作時，只需改變逆變觸發(fā)脈沖頻率，即可調節(jié)輸出功率；而并聯(lián)逆變器一般只能工作在自激狀態(tài)。
（9）在串聯(lián)逆變器中，晶閘管的觸發(fā)脈沖不對稱，不會引入直流成分電流而影響正常運行；而在并聯(lián)逆變器中，逆變晶閘管的觸發(fā)脈沖不對稱，則會引入直流成分電流而引起故障。
（10）串聯(lián)逆變器起動容易，適用于頻繁起動工作的場合；而并聯(lián)逆變器需附加起動電路，起動較為困難。
（11）串聯(lián)逆變器中的晶閘管由于承受矩形波電壓，故du /dt值較大，吸收電路起著關鍵作用，而對其di/dt要求則較低。
在并聯(lián)逆變器中，流過逆變晶閘管的電流是矩形波，因而要求大的di/dt，而對du/dt的要求則低一些。
（12）串聯(lián)逆變器的感應加熱線圈與逆變電源(包括槽路電容器)的距離遠時，對輸出功率的影響較小。如果采用同軸電纜或將來回線盡量靠近(扭絞在一起更好)敷設，則幾乎沒有影響。而對并聯(lián)逆變器來說，感應加熱線圈應盡量靠近電源(特別是槽路電容器)，否則功率輸出和效率都會大幅度降低。
（13）串聯(lián)逆變器感應線圈上的電壓和槽路電容器上的電壓，都為逆變器輸出電壓的Q倍，流過感應線圈上的電流，等于逆變器的輸出電流。
并聯(lián)逆變器的感應線圈和槽路電容器上的電壓，都等于逆變器的輸出電壓，而流過它們的電流，則都是逆變器輸出電流的Q倍。
綜上所述，并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器（通稱并聯(lián)或串聯(lián)變頻電源）各有其自己的技術特點和應用領域。從工業(yè)加熱應用的角度，并聯(lián)逆變器廣泛應用于熔煉、保溫、透熱、感應加熱熱處理等各種領域，其功率可以從幾千瓦到上萬千瓦。串聯(lián)逆變器廣泛應用于熔煉——保溫的一拖二爐組以及高Q值高頻率的感應加熱場合，其功率可以從幾千瓦到幾千千瓦。目前我國工業(yè)上采用的變頻電源90%以上屬并聯(lián)變頻電源。
變頻串聯(lián)諧振成套裝置采用16位精細調頻、調壓軟件技術、10KHz載波頻率、SPWM和進口原裝IPM整體模塊設計制造，配合適當?shù)碾娍蛊?，就可以滿足國家和地方規(guī)定的試驗范圍，整機領先于國內同類產品。
變頻串聯(lián)諧振成套裝置具有下列特點：
1、大屏幕顯示試驗數(shù)據(jù)、試驗狀態(tài)，并有實時操作步驟提示功能。
2、能靈活整定試驗電壓、調頻范圍、加壓時間。
3、試驗結果能計算出被試品電容。
4、體積小、重量輕、操作方便。
5、分辨率高，頻率分辨率為0.001Hz，電壓分辨率：粗調為1%，細調為0.01%。
6、安全可靠性高，系統(tǒng)具有過電壓、過電流及放電保護功能，可保護人身設備安全。
7、試驗結果可打印。
8、可升級操作軟件。串聯(lián)諧振技術原理
