高壓諧振變壓器的研究

摘要：論述了諧振變壓器的原理，設(shè)計(jì)方法及研制中應(yīng)注意的幾個(gè)問題，并通過計(jì)算值與實(shí)測值對比的方法證明了文中計(jì)算公式的精確性和實(shí)用性。

1前言

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用高壓諧振技術(shù)對大容量電氣設(shè)備進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)已經(jīng)成為可能，目前已被廣泛用于電纜，電容器、發(fā)電機(jī)等具有大電容的電力設(shè)備的交流試驗(yàn)。原理是通過調(diào)節(jié)鐵心磁路的氣隙長度，得到連續(xù)變化的電感L，使其與被試品對地電容C發(fā)生諧振。本文以一臺150kVA試驗(yàn)裝置為模型，闡述高壓諧振變壓器的原理與有關(guān)參數(shù)的計(jì)算。

2諧振變壓器原理

21結(jié)構(gòu)特征

圖1殼式諧振變壓器

圖2諧振變壓器的伏安特性

　　諧振變壓器的鐵心可以做成兩種不同的結(jié)構(gòu)：殼式和心式。心式鐵心變壓器在一系列主要指標(biāo)方面不如殼式鐵心變壓器，其重量和外型尺寸較大，調(diào)節(jié)氣隙的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。為此，我們研制的試驗(yàn)裝置采用殼式結(jié)構(gòu)，見圖1。諧振變壓器繞組套裝在可移動(dòng)的中心柱外面。

22特性曲線

　　諧振變壓器的特性曲線如圖2所示。由圖2可見，在不同氣隙長度δ下，諧振變壓器的伏安特性具有良好的線性關(guān)系，其電感L與變壓器上的電壓值無關(guān)。因而這種諧振變壓器在用于交流諧振試驗(yàn)時(shí)，可先在低壓條件下進(jìn)行調(diào)諧（通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)改變動(dòng)鐵心與下軛鐵心之間的氣隙長度），當(dāng)調(diào)諧到諧振時(shí)，再升高試驗(yàn)電壓，系統(tǒng)調(diào)諧非常方便。

23回路電感L與鐵心氣隙長度δ的關(guān)系

　　氣隙可調(diào)諧振變壓器，無論是串聯(lián)型還是并聯(lián)型，都是通過調(diào)節(jié)鐵心氣隙長度，改變回路電感量L，使諧振變壓器發(fā)生諧振。這就是對于具有一定對地電容的被試器，通過改變鐵心氣隙長度使諧振變壓器發(fā)生諧振的機(jī)理。但是需要注意的是氣隙長度不可過大，過大會(huì)使已建立的諧振條件遭到破壞。

圖3串聯(lián)諧振變壓器的等值電路

圖4并聯(lián)諧振變壓器的等值電路

24調(diào)諧原理

　?。?）串聯(lián)調(diào)諧　　串聯(lián)諧振變壓器的等值電路如圖3所示。當(dāng)對諧振變壓器施加US=220V，f=50Hz的工頻電壓后，通過手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，使即XL=XC時(shí)，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，這里回路電流IS最大因?yàn)镽CRL，則有

Is≈US/Rc（1）

被試品上的電壓UC和調(diào)諧電抗器上的電壓UL分別為：　　當(dāng)調(diào)諧到諧振時(shí)（2）　　式（2）中比值（3）

ω0為諧振角頻率　　Q稱為串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。因?yàn)?，所以Q1。從而得出電源容量（4）

　　由式（4）可知，當(dāng)諧振變壓器調(diào)諧到諧振時(shí)，電源電壓和容量均為被試品對應(yīng)電壓和容量的1/Q。所以與一般試驗(yàn)變壓器相比，諧振變壓器具有重量輕、體積小的優(yōu)點(diǎn)。

　?。?）并聯(lián)調(diào)諧

　　并聯(lián)諧振變壓器的等值電路如圖4所示。　　當(dāng)RL≤ωL，時(shí)，并聯(lián)諧振的諧振頻率fo為：(5)