串联谐振技术原理

发布日期：2020-06-15　点击：25170次

串联谐振技术原理

串联谐振阻抗特性会受到谐振阻抗、谐振特性阻抗和谐振品质因素等影响，但是实际上串并联谐振的特性阻抗是有谐振决定的。那么到底什么是谐振的阻抗特性，串联谐振及并联谐振阻抗又有什么特点和区别呢？

串并联谐振的阻抗特性

1.串联谐振的阻抗特性：输出电流输入信号频率而变化的热性成为的选频特性，发生串联谐振时，因阻抗最小，流失的电流最大。

a.阻抗特性谐振时，的感抗于容抗相等，互相抵消，阻抗最小，且为纯阻；

b.失谐时，串联谐振电路阻抗增加，相位值增大。当W>W0时，串联阻抗呈感性；当W>W0时，串联阻抗呈容性。

2.并联谐振的阻抗特性：

并联谐振的特点是，谐振时阻抗最大且为纯电阻，即Z0＝R0＝；谐振阻抗为感抗或容抗的Q倍，

即Z0=Qω0L=Q∕ω0C。

当电流一定时，电感或电容两端的电压最大，若偏离谐振频率，阻抗及电压将明显减小。

3.串并联的比较

a.谐振时：

串联谐振的阻抗：

并联谐振的阻抗：

b.相频特性：串联的相频特性为正协率，并联电路的相频特性为负斜率，且最大相移为±90.

3.实际运用中:串联回路适合信号源和负载串接，从而使信号电流有效的送給负载；并联回路适合信号源和负载并接，使信号在负载上得到的电压振幅最大

谐振属于无源滤波网络，其作用是

选频滤波：从输入信号中选出有用频率分量，抑制无用频率分量或噪音；

阻抗变换电路及匹配电路；

实现频幅，频相变换：将频率的变化转化为振幅或相位的变化；将在频率调制中讲。

并联谐振阻抗特性分析要将输入信号频率分成多种情况进行。

1.输入信号频率等于谐振频率fo

当信号频率等于LC串联谐振电路的谐振频率fo时，电路发生串联谐振，串联谐振电路的阻抗最小且为纯阻性（不为容性也不为感性），其值为届（纯阻性）。

当信号频率偏离LC谐振电路的谐振频率时．电路的阻抗均要增大，且频率偏离的量越大，电路的阻抗就越大，这一点恰好是与LC并联谐振电路相反的。

要记住：串联谐振时电路的阻抗最小。

2．输入信号频率高于谐振频率fo

当输入信号频率高于谐振频率时，LC串联谐振电路为感性，相当于一个电感（电感量大小不等于厶）。

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

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。

中国电力系统的计划和容量在不断的拓展，电力系统的高压工作安全疑问是非常首要的疑问，文章对高压设备的绝缘耐压技术做了介绍，并对绝缘耐压的试验进行了研讨和分析。

电力系统的计划、容量不断地拓展，停电构成的丢失越来越严峻。绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，电气设备在长期高电压下，会构成其绝缘功用逐步丢失，绝缘缺陷一般是引发电力系统事端的首要缘由[1]。

2 高压耐压的试验研讨串联谐振技术原理

2.1 高压耐压查看确诊技术介绍

绝缘的查看确诊的技术在电力设备耐压绝缘查看方面的应用是比照广泛的，电力设备在电力系统工作中不断的外力作用下，功用不会逐步的变差，外力要素包括外在的环境，腐蚀度，高压和机械等各种不良要素，在不良要素的作用下，会构成电力设备的缺陷，甚至照成电力系统的间断。

2.2 高压试验的分类

根据对设备的影响和是不是带电给与分类：

2.2.1 按照对设备构成的影响程度分类

非损坏性的试验在绝缘试验中是比照多见的，非损坏性的试验是指，不在高压或者有腐蚀性的条件首要是以测量为主的，去区分电气设备的的内部的绝缘的危害程度，这类的试验包括，有些的放电试验、对绝缘电阻的试验、对材料介质损耗的正切测量的试验、绝缘油的有关分析试验。

耐压试验一般指的便是损坏性试验，绝缘试验的工作原理便是在高于电气设备正常工作电压来查核设备的电压耐受才华和抗压的才华。损坏性试验时会对电气设备的绝缘性构成危害，但是却能够保证电气设备的绝缘的水平，一般损坏性的试验包括：交直流耐压绝缘试验，雷击绝缘耐压试验等

2.2.2 按照设备是不是带电的方法分类

不带电方法：对设备进行不带电状况下的确诊和查看，但是在试验的进程中一定要严厉的按照电气设备的预防性试验的恳求来进行，上文中介绍了非损坏性试验和耐压交直流试验，这两种方法都是能够采用的，在非损坏性试验往后在进行损坏性试验。这种方法也存在的一定的判定，一方面在对不带电状况下的周期试验区分不太精确，并且这种方法比照理论，对实习的协助不太大[4]。

带电方法：在带电的状况下进行查看是一种比照有用的查看的方法，在试验的进程中，电气设备反应出来的，绝缘的状况都是比照直接的并且是比照连续的，反应出来的特性是比照真实的，能够得到比照连续的试验数据，在往后的数据处理进程中对绝缘参数特性的分析将会计较精确有有用的价值。但是这种方法的话，只能那个选用对绝缘电阻的试验、对材料介质损耗的正切测量的试验等不损坏性的试验的方法。

3 高压绝缘耐压试验进程

选用传感器进行数据搜集：根据查看的电气设备的特性来搜集有关的参数（对传感器的选择也很首要）以便进行下一步的数据的处理做准备。

处理数据的进程：对搜集的数据通过数据处理的方法加以分析，然后根据某种特征参数来反应被测电气设备的工作状况。

电气设备的绝缘耐压确诊：根据绝缘老化进程的知识以及工作阅历，参照有关规程对绝缘工作状况进行辨认、区分，即完结确诊进程。并对绝缘的发展趋势进行猜测，从而对缺陷供应预警，并能为下一步的修补抉择计划供应技术根据。

4 损坏性交流耐压试验

交流的耐压试验是指在进行电气设备的绝缘之外在进行交流试验。一般状况下，试验的电压值要比电气设备本身的电压值要高很多，并且试验进程中高压要作用在电气设备上一定的持续时间，在进行试验时，一定要在符合高压试验的试验室进行，只需这么才华避免事端的发作，交流耐压试验在高压电气设备绝缘耐压试验中占有很首要的方位。

4.1 耐压试验方法

（1） 串联赔偿

当试验变压器的额定电压小于所需试验电压，但电流额定量能满足试品试验电流的状况下，可选用串联赔偿的方法进行试验。运用串联谐振做耐压试验有两个长处：①若被试品击穿，则谐振停止，高压不见；②击穿后电流降低，不致于构成被试品击穿点拓展。

（2）并联谐振（电流谐振）法

当试验变压器的额定电压能满足试验电压的恳求，但电流达不到被试品所需的试验电流时，可选用并联谐振对电流加以赔偿，以处理容量缺少的疑问。

并联回路两支路的感抗和容抗分别为C1和CX，当CX=C1时，回路发作谐振。这时虽然两个支路的电流都很大，但回路的总电流I≈0，CX上的电压等于电源电压。当选用积木式电抗器进行赔偿时，初度根据试验电压判定电抗器的串联个数及分接头的方位，再判定电抗器的并联数，使得赔偿电流L、试品电流C1及变压器额定输出电流In满足联络，即可进行试验。

电网工作的电压如今是越来越高，工作时的风险系数也越来越大了，事端更也许发作了，其间电气设备缺陷缘由以绝缘首战之地，高压设备终究能够运用多久要害要靠绝缘功用，所以绝缘功用是查验电气设备是不是合格的非常要害的参数。绝缘检验在电气设备进行试验的时分，占了决定性的低位。不仅如此更应该加强对绝缘技术的监督工作，其间的技术监督（也能够叫“绝缘监督”）工作影响着电气设备的健康以及照常的运作，是缔造电力设备安全的基石，是电力工业技术办理的很有必要的本职工作。

一、绝缘电阻测量法

绝缘电阻=外施电压/全电流，其间的电流是随时间改动的量。位移电流、吸收电流、泄露电流一同组成了这个电流。电容电流便是我们所说的位移电流，一般状况下通过0.5s就会彻底衰退；把绝缘介质进行极化后就成了衰减较慢的吸收电流；在介质里边或表面层运动的带电粒子通过运动构成了传导电流也便是泄露电流，其性质很安稳大多数状况下是不会改动的。其间要提及的是，全电流发作的的衰减表象又被叫做介质的吸收。

绝缘电阻测量法是最多见常用的不属于损坏性试验的方法：兆欧表常常被选择去作为测量绝缘电阻的仪器。用来接通电气设备的绝缘全部是多层，它们在外加的直流电压的作用下，会对输入的电有吸收作用使得通过的电流逐步逐步变小，一直到到达某一固定的值后才坚持安稳，其间这一安稳的值就被称作泄露电流。尽人皆知，通过介质的电流假如小则介质电阻的测量值就会很大，举例来说，假如被试验的物体导电功用差，就会致使其吸收的时间偏长，会很简单发现随之发作的明显的吸收表象，又假如被查看物品湿度很大或它有很多的导电通道并且集合度很高，就会使其绝缘电阻大大降低，泄露电流变高，吸收所需的时间变少。较大的泄露电流会马上从流过绝缘的电流改动而来。所以被试品的电流改动状况可用来判定被检验物品是不是绝缘出色。

二、交流耐压试验

假如要查验电气设备的绝缘的耐受工频电压作用才华就需要做交流耐压试验。对于那些小于或等于220kv的电气设备也要用这个试验来区分其绝缘的耐受①操作过电压，②暂时过电压这两种电压的才华。进行试验时，把被试品按恳求和规矩接入试验的电路，然后再逐步将电压增加到标准所规矩的额定工频能够接受的耐受电压值，如此作用一分钟，再疾速地、平稳地把电压降压到零。假如在规矩给的时间长度内，被试品绝缘没有被击穿或在表面发作闪络，就可认定该绝缘通过了这个试验。工频交流耐压试验所加电压比电气设备的额定工作电压要高，运用这一试验进程能够发现很多绝缘的缺陷，对有些的缺陷会更明显，但是因为在进行耐压试验时会不行避免的给绝缘带来不一样程度的损坏，所以需要把工频交流耐压试验安排在试验过绝缘电阻、介质损耗因数等项目并且合格往后再做SF6气体检测。

工作电力设备的进程中，绝缘长期受着多种要素如电场、温度以及机械振动的作用逐步变得残次，这劣化包括整体的和有些的，使得缺陷由此发作。区分电力设备是不是有出色绝缘强度的最有用直接的方法便是工频交流耐压试验，它也是预防性试验傍边的一项至关首要的内容。除此之外，因为交流耐压的试验电压都会高过工作电压，所以一旦绝缘通过了试验，设备就有较大的安全裕度，所以交流耐压试验是保证电力设备安全工作的一个很要害的进程。

三、直流耐压试验

判定绝缘的电气强度还能够做直流耐压试验，它比较于交流耐压试验的特色为①试验设备不无穷不重②在对绝缘进行直流耐压试验的时分，调查内部的绝缘缺陷可通过测量泄露电流来看。

直流耐压试验的原理与绝缘电阻试验没什么不一样，仅有的区别就在于试验电源的来历是高压整流设备，而泄露电流则是用微安表测量。把比工作电压高很多的试验电压加在被检验物上并且试验一定时间。当升压时，分不一样的时间段去读取其相应电压的相应泄露电流值，制作出直流电压与泄露电压的相应联络的图像，并用此来区分该绝缘在直流试验电压下是不是能够出色绝缘。泄露电流曲线假如是近似直线那么该绝缘便是出色的，反之则有缺陷。

现场直流耐压试验用来测量电压的设备一般有①串联高阻器和微安表的测量系统②电阻分压器和低压电压表的测量系统③高压静电电压表。

其间测量用的高阻器和电阻分压器的高压臂电阻器的阻值，在满足减小测量设备的功率损耗这一恳求的一起，还要尽也许大。高阻器的安稳阻值应该是按标准：工作电流0.5～1mA（起码不小于200μA）去选择。高阻器的绝缘套管最好一体并且把均压设备安排在上端，屏蔽环安在下端。

串联谐振耐压试验装置运用原理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。变频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、电力变压器、GIS和高交联动力电缆、互感器、套管等的交接试验和预防性试验。

我公司在变频串联谐振高压试验方面，自行开发的调频、调压软件技术，领先于国内高压试验行业，利用这一技术设计，制造的变频串联谐振高压试验装置，完全符合国家有关高压试验的规程和要求。

通过变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，通过改变变频控制器的输出频率，使回路处于串联谐振状态，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。

回路的谐振频率取决于被试品电容Cx和电抗器的电感L，谐振频率f=1/（2π√LC）。

1. 从负载谐振方式划分，可以为并联逆变器和串联逆变器两大类型，下面列出串联逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较：

串联谐振耐压试验装置和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联。

（1）串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供电。因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。

并联逆变器的负载电路对电源呈现高阻抗，要求由电流源供电，需在直流电源末端串接大电抗器。但在逆变失败时，由于电流受大电抗限制，冲击不大，较易保护。

（2）串联逆变器的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压一φ角。    并联逆变器的输入电流恒定，输出电压近似正弦波，输出电流为矩形波，换流是在谐振电容器上电压过零以前进行，负载电流也总是越前于电压一φ角。这就是说，两者都是工作在容性负载状态。

（3）串联逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。即应有一段时间(t )使所有晶闸管（其它电力电子器件）都处于关断状态。此时的杂散电感，即从直流端到器件的引线电感上产生的感生电势，可能使器件损坏，因而需要选择合适的器件的浪涌电压吸收电路。此外，在晶闸管关断期间，为确保负载电流连续，使晶闸管免受换流电容器上高电压的影响，必须在晶闸管两端反并联快速二极管。 并联逆变器是恒流源供电，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。 

串联谐振和并联谐振区别3

（4）串联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。

（5）串联逆变器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。

（6）串联逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断前其电流已逐渐减小到零，因而关断时间短，损耗小。在换流时，关断的晶闸管受反压的时间(t +tγ)较长。

串联谐振和并联谐振区别串联谐振技术原理

并联逆变器在换流时，晶闸管是在全电流运行中被强迫关断的，电流被迫降至零以后还需加一段反压时间，因而关断时间较长。相比之下，串联逆变器更适宜于在工作频率较高的感应加热装置中使用。

（7）串联逆变器的晶闸管所需承受的电压较低，用380V电网供电时，采用1200V的晶闸管就行，但负载电路的全部电流，包括有功和无功分量，都需流过晶闸管。逆变晶闸管丢失脉冲，只会使振荡停止，不会造成逆变颠覆。

并联逆变器的晶闸管所需承受的电压高，其值随功率因数角φ增大，而迅速增加。但负载本身构成振荡电流回路，只有有功电流流过逆变晶闸管，而且逆变晶闸管偶而丢失触发脉冲时，仍可维持振荡，工作比较稳定。

（8）串联逆变器可以自激工作，也可以他激工作。他激工作时，只需改变逆变触发脉冲频率，即可调节输出功率；而并联逆变器一般只能工作在自激状态。

（9）在串联逆变器中，晶闸管的触发脉冲不对称，不会引入直流成分电流而影响正常运行；而在并联逆变器中，逆变晶闸管的触发脉冲不对称，则会引入直流成分电流而引起故障。 

（10）串联逆变器起动容易，适用于频繁起动工作的场合；而并联逆变器需附加起动电路，起动较为困难。

（11）串联逆变器中的晶闸管由于承受矩形波电压，故du /dt值较大，吸收电路起着关键作用，而对其di/dt要求则较低。

在并联逆变器中，流过逆变晶闸管的电流是矩形波，因而要求大的di/dt，而对du/dt的要求则低一些。

（12）串联逆变器的感应加热线圈与逆变电源(包括槽路电容器)的距离远时，对输出功率的影响较小。如果采用同轴电缆或将来回线尽量靠近(扭绞在一起更好)敷设，则几乎没有影响。而对并联逆变器来说，感应加热线圈应尽量靠近电源(特别是槽路电容器)，否则功率输出和效率都会大幅度降低。

（13）串联逆变器感应线圈上的电压和槽路电容器上的电压，都为逆变器输出电压的Q倍，流过感应线圈上的电流，等于逆变器的输出电流。

并联逆变器的感应线圈和槽路电容器上的电压，都等于逆变器的输出电压，而流过它们的电流，则都是逆变器输出电流的Q倍。

综上所述，并联逆变器和串联逆变器（通称并联或串联变频电源）各有其自己的技术特点和应用领域。从工业加热应用的角度，并联逆变器广泛应用于熔炼、保温、透热、感应加热热处理等各种领域，其功率可以从几千瓦到上万千瓦。串联逆变器广泛应用于熔炼——保温的一拖二炉组以及高Q值高频率的感应加热场合，其功率可以从几千瓦到几千千瓦。目前我国工业上采用的变频电源90%以上属并联变频电源。

变频串联谐振成套装置采用16位精细调频、调压软件技术、10KHz载波频率、SPWM和进口原装IPM整体模块设计制造，配合适当的电抗器，就可以满足国家和地方规定的试验范围，整机领先于国内同类产品。

变频串联谐振成套装置具有下列特点：

1、大屏幕显示试验数据、试验状态，并有实时操作步骤提示功能。

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。

4、体积小、重量轻、操作方便。

5、分辨率高，频率分辨率为0.001Hz，电压分辨率：粗调为1%，细调为0.01%。

6、安全可靠性高，系统具有过电压、过电流及放电保护功能，可保护人身设备安全。

 7、试验结果可打印。

8、可升级操作软件。串联谐振技术原理