变频串联谐振耐压试验装置的原理

发布日期：2019-05-27　点击：1426次

变频串联谐振装置是运用串联谐振的原理，利用励磁变压器激发串联谐振回路，通过调节变频电源的输出频率，使得回路中的电抗器的电感L和试品电容器的电容C发生谐振，最后通过调整励磁的输出电压，使谐振电压达到所要求的试验电压。

一变频串联谐振耐压试验装置的原理

串联谐振原理图

根据串联谐振的原理图，当L、C、R串联回路中的感抗与试品容抗相等时，感抗中的磁场能量与试品电容中的电场能量相互补偿，试品所需的无功功率全部由电抗器供给，电源只提供回路的有功功率，此时电路的功率因数=1.0，即电源电压与谐振回路电流同相位，电感上的电压降与电容上的电压降相等，相位相反。

当XL=XC即ωL=ωC时，，回路的谐振频率，若LC参数固定，调节电源频率使之等于谐振频率，就可以产生谐振。此时流经试品的电流和试品两端的电压分别为：

I=U/(R+j(XL-XC))=U/R

UC=-jIXC=-jQU

式中的Q为谐振电路的品质因数。

由于电流与供电电压同相，因此输入功率为纯有功功率：

P=UI=I²R

谐振时试验电压所耗的功率仅为电阻上所耗的功率，所以励磁变压器容量比常规试验变压器小很多。谐振时，负荷C上的无功功率为：

变频串联谐振实验装置广泛应用于电缆、大型电力变压器、气体绝缘组合电器(GIS)、电力电容器等高电压、大容量的电力设备的交流耐压、感应耐压等试验项目中。

其试验原理如下图所示。

变频串联谐振试验原理

分压电容(也称为旁路电容器)的作用：

a) 分压作用：作为高压测量分压电容。

b) 分流作用：与试品配合，使谐振装置在额定负荷范围内，按要求随意工作在调频、倍频、工频上。

c) 与试品电容一起，构成谐振电容。

二高压电气设备进行交流耐压试验存在必要性

1) 直流耐压试验不能反映设备实际工况下的电场分布，难以正确发现高压电气设备的内部缺陷。

2) 直流电压可使高压电气设备内部的局部放电大为减弱，不利于绝缘缺陷的检出。

3) 工频交流耐压试验反映实际运行电压波形，与运行中出现的工频暂态电压升高的情况较为符合，不存在等价性问题。

大电容量的电气设备(如大型发电机组、电力变压器、电力电容器、GIS、电力电缆等)在一定频率范围内的绝缘耐受与工频耐压具有一定的等效性，这样就为利用变频试验装置的电感与被试品的电容串联产生谐振电压来进行交流耐压试验提供了可能，且由于试验装置的励磁电压低、重量轻，非常方便于在施工现场使用。

三串联谐振装置小结

串联谐振装置可提供被试设备高于电源电压Q倍的试验电压。由于电源容量减小且电感、电容可做成分段式，使实验设备轻巧，运输方便，为大容量、长距离现场试验成为可能并提供极大方便，同时利用试验频率允许在一定可调范围内(30~300Hz)和试验电抗器固定可调(单一电抗器是不可调的，但是通过串联并联，总电感可调)的原理，使得系统的柔性大大增加。IEC517和GB7674-1997均认为试验电压在10~300Hz范围内与工频电压试验基本等效。

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