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)計方法及研制中應(yīng)注意的幾個問題，并通過計算值與實測值對比的方法證明了文中計算公式的精確性和實用性。

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。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)氣隙的傳動機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。為此，我們研制的試驗裝置采用殼式結(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時，可先在低壓條件下進(jìn)行調(diào)諧（通過傳動機(jī)構(gòu)改變動鐵心與下軛鐵心之間的氣隙長度），當(dāng)調(diào)諧到諧振時，再升高試驗電壓，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，通過手動或自動調(diào)節(jié)，使即XL=XC時，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，這里回路電流IS最大因為RCRL，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（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)。因為，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，電源電壓和容量均為被試品對應(yīng)電壓和容量的1/Q。所以與一般試驗變壓器相比，諧振變壓器具有重量輕、體積小的優(yōu)點。

　　（2）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，并聯(lián)諧振的諧振頻率fo為：(5)