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中試控股技術研究院魯工為您講解：110KV串聯諧振交流試驗儀

ZSBP-540kVA/270kV變頻諧振試驗裝置

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參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻諧振試驗裝置：變頻串聯諧振耐壓試驗裝置采用了調節電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現諧振，在被試品上獲得高電壓大電流，是當前高電壓試驗的一種新的方法和潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。
采用了專用的SPWM數字式波形發生芯片，頻率分辨率16位，在20~300Hz時頻率細度可達0.1Hz；采用了正交非同步固定式載波調制方式，確保在整個頻率區間內輸出波形良好；功率部分采用了先進的IPM模塊，在小重量下確保儀器穩定和安全。

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置組成部分：變頻電源主機、激勵變壓器、電抗器、電容分壓器、補償電容器、測試附件組成。元器件（純進口）：功率器件：德國英飛凌，模塊：日本富士IGBT，芯片：英特爾等

技術參數及功能描述
1、技術參數
? 輸入電源:
電壓： 380/220V±10%
頻率： 45/65Hz
? 輸出電壓：0-500V；
? 輸出波形：正弦波
? 頻率調節范圍：30-300Hz
? 頻率分辨率：0.01Hz
? 頻率穩定度：0.1%
? 頻率步進值：5Hz,1Hz，0.1Hz，0.01Hz
? 電壓分辨率：0.1kV
? 電壓測量精度：1.5%
? 電壓步進值： 1%，0.5%，0.1%，0.01%
? 運行連續工作時間：60分鐘
2、功能描述
變頻電源有如下幾個顯著的特點：
? 波形為脈寬電壓調節的方波。
? 內部由ARM控制，操作功能得到優化,操作簡單。
? 自動掃頻，尋找諧振點.頻率范圍30-300Hz,可設置掃頻范圍，掃頻最大耗時40秒鐘(全頻掃)， 頻率分辨率0.01Hz。
? 自動試驗，用戶可設置試驗程序，試驗程序分為5段，系統自動按設置的程序完成試驗過程。
? 耐壓時自動跟蹤電壓，電壓正常波動時自動調整電壓到目標電壓，異常波動時提示用戶電壓異常波動，由用戶根據試驗情況進行操作。
? 實時顯示試驗狀態，用戶可根據試驗狀態進行相應操作。
? 強大的保護功能：過流保護，過壓保護和閃絡保護，過熱保護，高壓異常保護，軟/硬件同時保護，確保安全。

設備遵循標準     
《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》   GB50150-2006
《水輪發電機組安裝技術規范》               GB/T8564――2003
《高壓諧振試驗裝置》                       DL/T 849.6—2004  
《電抗器》                                 GB10229.88
《電力設備預防性試驗規程》                  DL/T596-1996
《耦合電容器和電容分壓器》                  IEC358(1990)

為了防止電擊，接地導體必須與地面相連。在與本產品輸入或輸出終端連接前，應確保本產品已正確接地。
注意所有終端的額定值：為了防止火災或電擊危險，請注意本產品的所有額定值和標記。在對本產品進行連接之前，請閱讀本產品使用說明書，以便進一步了解有關額定值的信息。
在有可疑的故障時，請勿操作：如懷疑本產品有損壞，請本公司維修人員進行檢查，切勿繼續操作。
請勿在潮濕環境下操作
請勿在易爆環境中操作
保持產品表面清潔和干燥

串聯諧振逆變器的控制方法  

2.1 調幅控制（PAM）方法

  調幅控制方法是通過調節直流電壓源輸出（逆變器輸入）電壓Ud（可以用移相調壓電路，也可以用斬波調壓電路加電感和電容組成的濾波電路，來實現調節輸出功率的目的。即逆變器的輸出功率通過輸入電壓調節，由鎖相環（PLL）完成電流和電壓之間的相位控制，以保證較大的功率因數輸出。

這種方法的優點是控制簡單易行，缺點是電路結構復雜，體積較大。   

2．2 調制(PFM)方法

 改變逆變器的工作頻率，從而改變負載輸出阻抗以達到調節輸出功率的目的。  

  從串聯諧振負載的阻抗特性

  可知，串聯諧振負載的阻抗隨著逆變器的工作頻率（f）的變化而變化。對于一個恒定的輸出電壓，當工作頻率與負載諧振頻率偏差越大時，輸出阻抗就越高，因此輸出功率就越小，反之亦然。

  脈沖頻率調制方法的主要缺點是工作頻率在功率調節過程中不斷變化，導致集膚深度也隨之而改變，在某些應用場合如表面淬火等，集膚深度的變化對熱處理效果會產生較大的影響，這在要求嚴格的應用場合中是不允許的。但是由于脈沖頻率調制方法實現起來非常簡單，故在以下情況中可以考慮使用它：

  1）如果負載對工作頻率范圍沒有嚴格限制，這時頻率必須跟蹤，但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態。  

  2）如果負載的Q值較高，或者功率調節范圍不是很大，則較小的頻率偏差就可以達到調功的要求。  

 基波或高頻諧振的處理： 有運行電容器時，切除運行電容器;沒有運行電容器時，投入一組電容器;以上措施無法消諧時，切除該母線所有電容器，向調度申請切除部分饋線，最好是先切長線路。分頻諧振的處理：切除該母線所有電容器;諧振仍無法消除時，向調度申請切除該母線上的線路，直至諧振消除;若所有線路全部切除后仍無法消諧，向調度申請切除變低開關，將母線停電;恢復母線及線路送電。

諧振電路中一個非常重要的參數就是品質因數Q,它揭示了諧振電路的各種重要關系,Q值的大小直接影響諧振電路的通頻帶和選擇性等重要指標。然而,在現有的電子教科書中,對諧振電路品質因數的描述大都比較簡單,這不利于學生對這一概念與其內涵的真正理解與把握。特別是對品質因數Q值的求解,學生更是感到無從下手。針對于這問題,本文從品質因數的定義出發進行研究,介紹了一種計算品質因數Q值簡單而又有效的方法。

1.品質因數的定義

電路的品質因數分為串聯電路的品質因數與并聯電路的品質因數,以及部分電路的品質因數和整體電路的品質因數。品質因數有以下幾種定義方式:

1.1用能量定義品質因數的能量定義清楚地表達了品質因數的物理意義,對于各種電路具有普遍意義,但在電路中利用能量定義來計算品質因數Q值相對比較復雜,有時候甚至難以計算。計算公式如下:

品質因數Q=2π(ω0/ωR0)

式中:0ω———諧振時電路儲存的能量,ωR0———諧振時電路在1周期內消耗的能量。

品質因數Q=2π(ωLOM/P0T0)

式中:ωLOM———諧振時電路中電感能量的最大值,P0———諧振時電路中消耗的有功功率,T0———諧振周期。

1.2用功率定義品質因數的功率定義是從另一個角度對品質因數的能量定義的一種解釋,它也較好地表達了品質因數的物理意義,用它來計算品質因數Q值的方法相對來說比用能量定義的方法來求解要好得多,不會出現計算不出來的情況。但對較為復雜電路,其計算過程較為繁瑣。其計算公式如下:

品質因數Q=Q0/P0

式中:Q0———諧振時的無功功率,P0———諧振時的有功功率。

1.3串聯電路品質因數的定義

1.3.1用參數定義如圖1所示的RLC串聯諧振電路,一般教科書用參數這樣定義串聯電路的品質因數:諧振時回路感抗值(或容抗值)與回路電阻R的比值稱為回路的品質因數,用參數計算公式如下:

品質因數Q=ω0L/R=1/ω0CR=1R?L/R(1)

式中:0ω———電路諧振角頻率,L———電路中的電感,C———電路中的電容,R———電路的電阻。

1.3.2用電壓定義如圖1所示的RLC串聯諧振電路,諧振電路的品質因數是由電路在諧振時L、C元件上的電壓與電壓源電壓之間的關系引出的。其計算公式表達如下:

Q=UL/U=UC/U

式中:UL———諧振時電路中的電感電壓,UC———諧振時電路中的電容電壓,U———諧振時電路中的總電壓。

1.4并聯電路品質因數的定義

1.4.1用參數定義

如圖2(A)(、B)所示的并聯諧振回路,其品質因數定義的方法和串聯諧振定義的方法一樣,用參數計算公式如下:

品質因數Q=0ωL/R=RP/0ωL=RPCω0=RP?C/L

其中:L———電路中的電感,C———電路中的電容,R———串聯在電感之路的損耗電阻,RP———并聯諧振回路的諧振電阻。

1.4.2用電流定義

如圖2所示的RLC并聯諧振電路,諧振電路的品質因數是由電路在諧振時L、C元件上的電流與電流源電流之間的關系引出的。

用公式表達如下:

Q=IL/I=IC/I

式中:IL———諧振時電路中的電感電流,IC———諧振時電路中的電容電流,I———諧振時電路中的總電流。

以上討論從4個不同角度、不同的理解去定義了品質因數,但在實際的電路中,會出現比較復雜的串并聯混合電路,我們往往會感覺到束手無策,不知道如何運用上面所討論的4種定義方法去求解電路的品質因數。許多數字系統在與系統時鐘相關的頻率上遭受過分的電源噪聲，是否可以在電源和接地層之間連接一個如下所示的串聯諧振（也稱為）電路以降低這種噪聲？答案是肯定的。但是，電路必須滿足以下不太可能發生的條件。