變頻串聯(lián)諧振常見的問題分析
什么是串聯(lián)諧振
在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路內(nèi)，當(dāng)容抗XC 與感抗XL 相等時(shí)，即XC＝XL，電路中的電壓U 與電流I 的相位相同，電路呈現(xiàn)純電阻性，這種現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，電路的阻抗Z=√R2+XC-XL2=R，電路中總阻抗最小，電流將達(dá)到最大值。
發(fā)生諧振時(shí)，由 于感抗和容抗相等，所 以電感和電容兩端的電壓有效值相等，即：UL=UC。又由于其相位相反，因此這兩個(gè)電壓是相互抵消的。在電容或電感的電壓有效值為：UL=UC＝XLI0=ω0LIO=ω0LU/R。式中ω0L/R 稱為諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，它代表電壓比。即UC/U 或UL/U。
品質(zhì)因數(shù)是衡量諧振電路特性的一個(gè)重要參數(shù)。如電路中電抗越大，電阻越小，則品質(zhì)因數(shù)越高。因此電容或電感上的電壓值將比外加電壓大的多。一般電感、電容諧振電路的品質(zhì)因數(shù)可達(dá)幾十甚至幾百。所以串聯(lián)諧振又叫電壓諧振。在電力系統(tǒng)中，串聯(lián)諧振將會(huì)產(chǎn)生高出電網(wǎng)額定電壓數(shù)倍的過電壓，對(duì)電力設(shè)備的安全造成很大危害。
串聯(lián)諧振的優(yōu)點(diǎn)
1、所需電源容量大大減小。串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個(gè)系統(tǒng)中，電源只需要提供系統(tǒng)中有功消耗的部分，因此，試驗(yàn)所需的電源功率只有試驗(yàn)容量的1/Q。
2、設(shè)備的重量和體積大大減少。串聯(lián)諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調(diào)壓裝置和普通的大功率工頻試驗(yàn)變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗(yàn)容量的1/Q，使得系統(tǒng)重量和體積大大減少，一般為普通試驗(yàn)裝置的1/10-1/30。
3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效的防止了諧波峰值對(duì)試品的誤擊穿。
4、防止大的短路電流燒傷故障點(diǎn)。在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當(dāng)試品的絕緣弱點(diǎn)被擊穿時(shí)，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗(yàn)電流的1/Q。而并聯(lián)諧振或者試驗(yàn)變壓器方式做耐壓試驗(yàn)時(shí)，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數(shù)百倍。所以，串聯(lián)諧振能有效的找到絕緣弱點(diǎn)，又不存在大的短路電流燒傷故障點(diǎn)的憂患。
5、不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓。試品發(fā)生擊穿時(shí)，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復(fù)電壓的再建立過程很長(zhǎng)，很容易在再次達(dá)到閃絡(luò)電壓前斷開電源，這種電壓的恢復(fù)過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長(zhǎng)，而且，不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓。
調(diào)頻諧振裝置主要功能及其技術(shù)特點(diǎn)：
1、裝置具有過壓、過流、零位啟動(dòng)、系統(tǒng)失諧（閃絡(luò)）等保護(hù)功能，過壓過流保護(hù)值可以根據(jù)用戶需要整定，試品閃絡(luò)時(shí)閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作并能記下閃絡(luò)電壓值，以供試驗(yàn)分析。
2、整個(gè)裝置單件重量很輕，便于現(xiàn)場(chǎng)使用。
3、裝置具有三種工作模式，方便用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活選擇，提高試驗(yàn)速度。工作模式為：全自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、自動(dòng)調(diào)諧手動(dòng)升壓模式。
4、能存儲(chǔ)和異地打印數(shù)據(jù)，存入的數(shù)據(jù)編號(hào)是數(shù)字，方便的幫助用戶識(shí)別和查找。
5、裝置自動(dòng)掃頻時(shí)頻率起點(diǎn)可以在規(guī)定范圍內(nèi)任意設(shè)定，掃頻方向可以向上、向下選擇，同時(shí)液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點(diǎn)。
6、采用了DSP平臺(tái)技術(shù)，可以方便的根據(jù)用戶需要增減功能和升級(jí)，也使得人機(jī)交換界面更為人性化。
串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振的區(qū)別
1. 從負(fù)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(shù)特點(diǎn)及其比較：
串聯(lián)逆變器和并聯(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(fù)載電路對(duì)電源呈現(xiàn)低阻抗，要求由電壓源供電。因此，經(jīng)整流和濾波的直流電源末端，必須并接大的濾波電容器。當(dāng)逆變失敗時(shí)，浪涌電流大，保護(hù)困難。
并聯(lián)逆變器的負(fù)載電路對(duì)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(shí)，由于電流受大電抗限制，沖擊不大，較易保護(hù)。
（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(jìn)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(jìn)行，負(fù)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(fù)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(shí)導(dǎo)通，造成電源短路，換流時(shí)，必須保證先關(guān)斷，后開通。即應(yīng)有一段時(shí)間(t )使所有晶閘管（其它電力電子器件）都處于關(guān)斷狀態(tài)。此時(shí)的雜散電感，即從直流端到器件的引線電感上產(chǎn)生的感生電勢(shì)，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(guān)斷期間，為確保負(fù)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。
變頻串聯(lián)諧振裝置（BPXZ-HT系列）是運(yùn)用串聯(lián)諧振原理，利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)LC串聯(lián)諧振回路，通過調(diào)節(jié)變頻控制器，使回路里的電感L（電抗器）和電容C（試品）串聯(lián)諧振，產(chǎn)生的諧振電壓即為加到試品上的電壓。串聯(lián)諧振常常運(yùn)用于電力，冶金等行業(yè)的大容量，高電壓的試品的耐壓試驗(yàn)。
串聯(lián)諧振需要滿足頻率，電容，電抗三個(gè)條件，當(dāng)這三個(gè)因素達(dá)到一定的要求時(shí)才可能發(fā)生諧振，從而在試品（電容C）上產(chǎn)生諧振電壓。由于在變頻串聯(lián)諧振裝置出現(xiàn)前，耐壓試驗(yàn)更多的是采用試驗(yàn)變壓器或者直流高壓發(fā)生器，而這兩種設(shè)備都是采用直接輸出電壓的模式，并不需要發(fā)生諧振，只要試驗(yàn)變壓器輸出的電壓達(dá)到要求電壓，相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，但是由于試驗(yàn)變壓器受限于技術(shù)和容量的原因，無法對(duì)大容量高電壓的試品進(jìn)行耐壓，而且大容量的試驗(yàn)變壓器的體積 客戶在試驗(yàn)時(shí)，我們必須保證試品（電容C）和我們組合的電抗器（電感L），能在頻率（30-300HZ）的范圍內(nèi)產(chǎn)生諧振。我公司生產(chǎn)的變頻串聯(lián)諧振裝置都是根據(jù)客戶的需求進(jìn)行定制的，一般客戶提出要求的試品其電抗器的組合方式和激勵(lì)變壓器的輸出電壓的選擇在說明書上都有配置方案，如果是對(duì)定制內(nèi)的試品進(jìn)行試驗(yàn)可以直接參考方案進(jìn)行試驗(yàn)。如果是非方案內(nèi)的試品，則需要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的計(jì)算。
首先我們需要計(jì)算出試驗(yàn)需要的電流：
I=2πfCU （C為試品的電容，U為試驗(yàn)電壓）
然后根據(jù)試驗(yàn)電壓U和試驗(yàn)電流I對(duì)電抗器進(jìn)行組合。電抗器的組合的原則是串聯(lián)電流不變，電壓相加；并聯(lián)電壓不變，電流相加。（電抗器都是一樣的，其銘牌標(biāo)注有額定電壓和額定電流等）我們可以對(duì)電抗器進(jìn)行串聯(lián)，并聯(lián)或者串并聯(lián)混合組合，使此時(shí)的額定電壓和額定電流都能滿足試驗(yàn)電壓U和試驗(yàn)電流I的要求。再根據(jù)組合的電抗器計(jì)算出組合后的電感L，然后使用一下公式進(jìn)行計(jì)算：
f=1/2π
如果f在30-300Hz的范圍內(nèi)，則我們可以初步認(rèn)為儀器可以諧振，而試驗(yàn)也很大可能可以完成。（計(jì)算都是理論值，其還受品質(zhì)因素等影響）
以上為如何防止因?yàn)榇?lián)諧振裝置與試品組合不匹配照成的無法升壓?jiǎn)栴}的簡(jiǎn)單計(jì)算和解決方案，我們只有在計(jì)算后，使計(jì)算的理論值都符合要求才能保證我們的試驗(yàn)成功。
當(dāng)然并不是所有的無法升壓都是由于匹配組合問題造成的，有可能還有裝置和試品本身的問題。所以當(dāng)我們計(jì)算出滿足諧振的試驗(yàn)要求，而儀器又無法進(jìn)行升壓時(shí)，我們就需要確定是不是串聯(lián)諧振裝置或者試品的問題。此時(shí)我們可以使用串聯(lián)諧振裝置進(jìn)行自升壓試驗(yàn)，我公司生產(chǎn)的串聯(lián)諧振裝置，在不帶試品（電容C）的情況下，利用補(bǔ)償電容（可能含有）或者電容分壓器結(jié)合電抗器也可以進(jìn)行自升壓操作，此操作主要是檢驗(yàn)串聯(lián)諧振裝置每個(gè)部分是否可以正常工作，如果在正確組合和接線的情況下，串聯(lián)諧振裝置仍然無法自升壓，則說明裝置產(chǎn)生故障，需要返廠進(jìn)行維修。如果串聯(lián)諧振裝置可以正常工作，則可以初步判斷設(shè)備沒有故障，客戶就需要檢測(cè)試品是否存在接線或者本身有問題。
由于變頻串聯(lián)諧振裝置是最近才出現(xiàn)的耐壓裝置，其使用原理也是不太常見，而且串聯(lián)諧振由變頻源，電抗器，分壓器，激勵(lì)變壓器，補(bǔ)償電容等組成，相對(duì)比較復(fù)雜，可能出現(xiàn)的問題的原因也比較多，我們這里也無法一一列舉，以上給出的方案只是針對(duì)比較常見問題，如果還無法解決，可以撥打售后電話，尋求華天電力的專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)。