HDTF便携式变频串联谐振试验装置工作原理

谐振逆变器三相电路原理为避免滤波电抗Ld上产生大的感生电势，电流必须连续。也就是说，必须保证逆变器上、下桥臂晶闸管在换流时，是先开通后关断，也即在换流期间(tγ)内所有晶闸管都处于导通状态。这时，虽然逆变桥臂直通，由于Ld足够大，也不会造成直流电源短路，但换流时间长，会使系统效率降低，因而需缩短tγ，即减小Lk值。

逆变器必须采用三相全控整流器作为直流电源，其主电路原理如图 1 所示。而串联逆变器原则上3 种整流器均可为其 供电，但为了控制方便和节能，一般采用三相不可 控整流器或三相半控整流器作为直流电源，如图 2 ~3 所 示 。 其 中 ： a、 b、 c 代 表 三 相 ， SCR1 ～SCR10 为可控硅，LD为滤波电抗器，L 为振荡线 圈，C 为振荡电容器，D1～D8 为整流二极管，Cd1、 Cd2 为滤波电容器，Cn1、Cn2 为谐振电容器。

采用三相半控整流器提供直流电源，但不用来调压，只用来在软启动和出现 故障时作为电子开关，快速切断电源。正常工作 时，可控硅总是处于全导通状态，其工作特性与三相不可控整流器串联谐振电路完全相同。一般 100 kW 以上的中频电源多采用此种整流方式。串联谐振逆变器的工作频率必须低于负载电路的固有振荡频率，即应确保有合适的t时间，否则会因逆变器上、下桥臂直通而导致换流的失败。并联逆变器的工作频率必须略高于负载电路的固有振荡频率，以确保有合适的反压时间t，否则会导致晶闸管间换流失败；但若高得太多，则在换流时晶闸管承受的反向电压会太高，这是不允许的。功率调节方式有二：改变直流电源电压Ud或改变晶闸管的触发频率，即改变负载功率因数cosφ。并联逆变器的功率调节方式，一般只能是改变直流电源电压Ud。改变cosφ虽然也能使逆变输出电压升高和功率增大，但所允许调节范围小。

它由三相晶闸管全控整流桥、平波电感dL、滤波电容dC、单相全控桥式逆变电路、续流二极管、串联谐振逆变器负载构成。 三相晶闸管全控整流桥将正弦的工频交流电整流成脉动的直流电dU,可通过调节直流电压dU来调节负载电流。平波电感dL在此起切断直流通路的作用。由于要求恒压源供电,所以需要一个很大的滤波电容dC,当dC足够大时,可以认为输入电压是恒压dU。在电路还没开始工作前,电容dC就通过电网储能,以便于启动逆变电路。

由四只晶闸管构成的单相全控桥式逆变电路将直流电压dU逆变为中频方波电压,并将它加到负载电路。负载电路是由感应线圈和补偿电容组成的串联振荡电路,对工件进行感应加热。通过电感的电流接近正弦波形。

串联补偿逆变电路是通过自然换流来实现工作晶闸管之间转换的,其工作原理如下:

第一阶段：首先触发晶闸管SCR1、SCR4,电流通过正端流入,经过SCR1、串联振荡负载、SCR4,再由负端流出,此时补偿电容C充上了左正右负的电压。

第二阶段： 由于电流波形为正弦波,当电流变为负的时候,电流就通过与SCR1、SCR4 同桥臂的续流二极管D1、D4续流,同时给SCR1、SCR4 加上了反压,使SCR1、SCR4关断。

第三阶段：经过一段时间,当SCR1、SCR4 完全关断后,我们同时触发晶闸管SCR2和SCR3。此时由于晶闸管SCR2、SCR3两端均加有正压,因此马上就能导通。电容C通过续流二极管D1、晶闸管SCR2回路和续流二极管D4、晶闸管SCR3回路放电。当电容C放电完成后,续流二极管D1、D4中不再通过电流,整个回路电流走向为:正端流入,经过SCR2、串联振荡负载、SCR3,负端流出。电容C开始反充电,充上左负右正的电压。

文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。

2 电抗器选择不当的后果

2.1 基本情况介绍

其中3次谐波的畸变率达到3.77%，超过公用电[2]网谐波电压（相电压）3.2%的限值。经过仔细了解和分析，发现该 110kV 变电所的 10kV 系统存在大量的非线性负载。 即使在电容器组不投入运行的情况下，10kV母线的电压总畸变率也高达4.01%，其中3次谐波的畸变率高达 3.48%。在如此谐波背景下，2400kvar 电容器组配置电抗率为 6% 的串联电抗器是否适合？现计算分析如下。

2.2 电抗率的选择分析

（1）电容器装置侧有谐波源时的电路模型及参数

串联谐振原理

在回路频率f=1/2π√LC时，回路产生谐振，此时试品上的电压是励磁变高压端输出电压的Q倍。Q为系统品质因素，即电压谐振倍数，一般为几十到一百以上。先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件下调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品CX上产生较高的试验电压。

谐振电抗器是运用串联谐振的原理，通过调节变频控制器的输出频率，使得回路中的电抗器的电感L和试品电容C发生串联谐振，谐振电压即为试品上所加电压。

串联谐振电抗器特点

1、大屏幕显示试验数据、试验状态并有实时操作步骤指示作用。

2、能灵活整定试验电压、调频范围、加压时间。

3、试验结果能计算出被试品电容值并可打印。

4、体积小、重量轻、操作方便。

5、分辨率高、频率分辨率为0.01Hz，电压分辨率为0.01V。

6、安全可靠性高，系统具有过电压、过电流及放电保护作用，确保人身及设备安全。

7、可升级操作软件。

串联谐振电抗器原理

电抗器L和被试品电容C组成的串联谐振都有一个固定的谐振频率F=1/（2π√L・C）当试验频率等于这个频率时，该电路发生谐振。

通过这个原理，由调频电源提供电源送给励磁变压器，经过励磁变压器变压成中压加上L和被试品电容C上。通过改变调频电源输出频率，使回路处于串联谐振状态，再调节调频电源输出电压，使试品上电压达到所需要的电压值。

1）高压引线的影响

当进行单台电气设备的交流耐压试验时，由于试验产品的电容量小，高压导线对试验的影响很小，室外配电设备整体进行交流耐压试验时，设备的安装高度随电压等级的升高而增大，电压越高，高压引线越长，一般地，高电压引线长，提高了电晕损耗，增加了电路的等效电阻。杂散电容形成的杂散电容与被测电容并联，电路的谐振频率降低，使q值降低。同时，周围电磁场的干扰增大，使得q值减小，因此，在进行高压级电气设备的交流耐压试验时，应尽可能使用波纹管的高压引线。

2）天气的影响

在高湿度条件下，引线的电晕损耗大大增加，周围电磁场的干扰增大，使q值减小。 当电路温度高时，电路的等效电阻大大增加，从而降低Q值。

3）试验时间的影响

随着试验时间的延长，设备受热，等效电阻增大，q值也呈下降趋势，这种现象在大热天非常显著，设备通常需要30分钟的休息才能继续使用。

4）电抗器的影响

反应器的一般要求是无损耗功率消耗反应器，如果工艺不好，损失往往很大，此外，当电抗器放置在铁板等金属件上时，会形成涡流损耗，等效电阻增大。

5）频率未选择谐振点对高电压测试中Q值的影响

在实际应用中发现，当电压上升到接近串联谐振试验电压时，电压上升过快，并伴有较大的电压波动，甚至会引起电压保护动作，必须重新进行试验，不利于设备的安全，然而，如果电压保护值过大，则不能保护被测设备免受过电压影响，因此，一般将谐振频率降低到试验电压的2%，然后在不超过试验电压的40%的条件下，再对频率进行调整，并略小一些，以避免出现上述现象。

综上所述，除了依靠电抗器的良好性能外，还需要采取各种良好的电压共享措施和合理的导体选择、试验场的合理布置、合理的时间安排等，尽可能地增加Q值，并采取散热等措施，降低加热对Q值的影响。

串联谐振耐压试验设备由变频电源，励磁变压器，高压电抗器和电容分压器组成。被试品的电容与电抗器构成串联谐振连接方式；分压器并联在被试品上，用于测量被试品上的谐振电压，并作过压保信号；调频功率输出经激励变压器耦合给串联谐振回路，提供串联谐振的激励功率。广泛应用于电力、冶金、石油、化工等行业，适用于大容量。

1、6KV-500KV高压交联电缆的交流耐压试验；

2、发电机的交流耐压试验；

3、GIS和SF6开关的交流耐压试验；

4、6KV-500KV变压器的工频耐压试验；

5、其它电力高压设备如母线，套管，互感器的交流耐压试验；

华顶电力智能便携式变频串联谐振试验装置广泛应用于电力、冶金、石油、化工、等行业，适用于大容量、高电压的电容性试品，如发电机、变压器、GIS、高压交联电缆、互感器、套管等的交接实验和预防性试验。本公司在变频串联谐振高压试验领域自主研发的变频、调压软件技术，优于国内高压试验行业，利用这一技术采用16位精细变频、10KHZ载波频率、SPWM和进口原装IPM整体模块设计、制造的变频串并联谐振成套试验装置，完全符合国家有关高压实验的规程和要求。

一、 被试品对象及试验要求

1、35kV/300mm2电缆2km的交流耐压试验，电容量≤0.389uF，试验频率30-300Hz，试验电压52kV，试验时间60min。

2、35kV开关、互感器的交流耐压试验，试验频率30-300Hz，试验频率30-300Hz，试验电压不超过95kV，试验时间1min。

3、10kV/300mm2电缆5km的交流耐压试验，电容量≤1.88uF，试验频率30-300Hz，试验电压22kV，试验时间5min。

二、 工作环境

1. 环境温度：－100C –50 0C;

2. 相对湿度：≤90%RH;

3. 海拔高度: ≤1000米；

三、 装置主要技术参数及功能

1. 额定容量：270kVA；

2. 输入电源：单相220或三相380V电压，频率为50Hz；

3. 额定电压： 54kV；108kV

4. 额定电流： 5A；2.5A

5. 工作频率：30-300Hz；

6. 装置输出波形：正弦波

7. 波形畸变率：输出电压波形畸变率≤1%；

8. 工作时间：额定负载下允许连续60min；过压1.1倍1分钟；

9. 温 升：额定负载下连续运行60min后温升≤65K；

10. 品质因素：装置自身Q≥30(f=45Hz)；

11. 保护功能： 对被试品具有过流、过压及试品闪络保护(详见变频电源部分)；

12. 测量精度：系统有效值1.5级；

智能便携式变频串联谐振试验装置直销工作原理：

变频串联谐振试验装置运用串并联谐振的原理，通过调节变频控制器的输出频率，使得回路中的电抗器的电感L和试品电容C发生谐振，谐振电压即为试品上所加电压。通过调频控制器提供供电电源，试验电压由励磁变压器经过初步升压后，使高电压加在电抗器L和被试品CX上，通过改变调频控制器的输出频率，使回路处于串联谐振状态；回路的谐振频率取决于被试品电容CX和电抗器的电感L，调节变频控制器的输出电压，使试品上高压达到所需要的电压值。