變頻串聯(lián)諧振常見的問題分析
什么是串聯(lián)諧振
在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路內(nèi)，當容抗XC 與感抗XL 相等時，即XC＝XL，電路中的電壓U 與電流I 的相位相同，電路呈現(xiàn)純電阻性，這種現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。當電路發(fā)生串聯(lián)諧振時，電路的阻抗Z=√R2+XC-XL2=R，電路中總阻抗最小，電流將達到最大值。
發(fā)生諧振時，由 于感抗和容抗相等，所 以電感和電容兩端的電壓有效值相等，即：UL=UC。又由于其相位相反，因此這兩個電壓是相互抵消的。在電容或電感的電壓有效值為：UL=UC＝XLI0=ω0LIO=ω0LU/R。式中ω0L/R 稱為諧振電路的品質因數(shù)，它代表電壓比。即UC/U 或UL/U。
品質因數(shù)是衡量諧振電路特性的一個重要參數(shù)。如電路中電抗越大，電阻越小，則品質因數(shù)越高。因此電容或電感上的電壓值將比外加電壓大的多。一般電感、電容諧振電路的品質因數(shù)可達幾十甚至幾百。所以串聯(lián)諧振又叫電壓諧振。在電力系統(tǒng)中，串聯(lián)諧振將會產(chǎn)生高出電網(wǎng)額定電壓數(shù)倍的過電壓，對電力設備的安全造成很大危害。
串聯(lián)諧振的優(yōu)點
1、所需電源容量大大減小。串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個系統(tǒng)中，電源只需要提供系統(tǒng)中有功消耗的部分，因此，試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q。
2、設備的重量和體積大大減少。串聯(lián)諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調(diào)壓裝置和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗容量的1/Q，使得系統(tǒng)重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/10-1/30。
3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效的防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。
4、防止大的短路電流燒傷故障點。在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當試品的絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的1/Q。而并聯(lián)諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數(shù)百倍。所以，串聯(lián)諧振能有效的找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的憂患。
5、不會出現(xiàn)任何恢復過電壓。試品發(fā)生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓前斷開電源，這種電壓的恢復過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長，而且，不會出現(xiàn)任何恢復過電壓。
調(diào)頻諧振裝置主要功能及其技術特點：
1、裝置具有過壓、過流、零位啟動、系統(tǒng)失諧（閃絡）等保護功能，過壓過流保護值可以根據(jù)用戶需要整定，試品閃絡時閃絡保護動作并能記下閃絡電壓值，以供試驗分析。
2、整個裝置單件重量很輕，便于現(xiàn)場使用。
3、裝置具有三種工作模式，方便用戶根據(jù)現(xiàn)場情況靈活選擇，提高試驗速度。工作模式為：全自動模式、手動模式、自動調(diào)諧手動升壓模式。
4、能存儲和異地打印數(shù)據(jù)，存入的數(shù)據(jù)編號是數(shù)字，方便的幫助用戶識別和查找。
5、裝置自動掃頻時頻率起點可以在規(guī)定范圍內(nèi)任意設定，掃頻方向可以向上、向下選擇，同時液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。
6、采用了DSP平臺技術，可以方便的根據(jù)用戶需要增減功能和升級，也使得人機交換界面更為人性化。
串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振的區(qū)別
1. 從負載諧振方式劃分，可以為并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器兩大類型，下面列出串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的主要技術特點及其比較：
串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的差別，源于它們所用的振蕩電路不同，前者是用L、R和C串聯(lián)，后者是L、R和C并聯(lián)。
（1）串聯(lián)逆變器的負載電路對電源呈現(xiàn)低阻抗，要求由電壓源供電。因此，經(jīng)整流和濾波的直流電源末端，必須并接大的濾波電容器。當逆變失敗時，浪涌電流大，保護困難。
并聯(lián)逆變器的負載電路對電源呈現(xiàn)高阻抗，要求由電流源供電，需在直流電源末端串接大電抗器。但在逆變失敗時，由于電流受大電抗限制，沖擊不大，較易保護。
（2）串聯(lián)逆變器的輸入電壓恒定，輸出電壓為矩形波，輸出電流近似正弦波，換流是在晶閘管上電流過零以后進行，因而電流總是超前電壓一φ角。并聯(lián)逆變器的輸入電流恒定，輸出電壓近似正弦波，輸出電流為矩形波，換流是在諧振電容器上電壓過零以前進行，負載電流也總是越前于電壓一φ角。這就是說，兩者都是工作在容性負載狀態(tài)。
（3）串聯(lián)逆變器是恒壓源供電，為避免逆變器的上、下橋臂晶閘管同時導通，造成電源短路，換流時，必須保證先關斷，后開通。即應有一段時間(t )使所有晶閘管（其它電力電子器件）都處于關斷狀態(tài)。此時的雜散電感，即從直流端到器件的引線電感上產(chǎn)生的感生電勢，可能使器件損壞，因而需要選擇合適的器件的浪涌電壓吸收電路。此外，在晶閘管關斷期間，為確保負載電流連續(xù)，使晶閘管免受換流電容器上高電壓的影響，必須在晶閘管兩端反并聯(lián)快速二極管。
變頻串聯(lián)諧振裝置（BPXZ-HT系列）是運用串聯(lián)諧振原理，利用勵磁變壓器激發(fā)LC串聯(lián)諧振回路，通過調(diào)節(jié)變頻控制器，使回路里的電感L（電抗器）和電容C（試品）串聯(lián)諧振，產(chǎn)生的諧振電壓即為加到試品上的電壓。串聯(lián)諧振常常運用于電力，冶金等行業(yè)的大容量，高電壓的試品的耐壓試驗。
串聯(lián)諧振需要滿足頻率，電容，電抗三個條件，當這三個因素達到一定的要求時才可能發(fā)生諧振，從而在試品（電容C）上產(chǎn)生諧振電壓。由于在變頻串聯(lián)諧振裝置出現(xiàn)前，耐壓試驗更多的是采用試驗變壓器或者直流高壓發(fā)生器，而這兩種設備都是采用直接輸出電壓的模式，并不需要發(fā)生諧振，只要試驗變壓器輸出的電壓達到要求電壓，相對來說比較簡單，但是由于試驗變壓器受限于技術和容量的原因，無法對大容量高電壓的試品進行耐壓，而且大容量的試驗變壓器的體積 客戶在試驗時，我們必須保證試品（電容C）和我們組合的電抗器（電感L），能在頻率（30-300HZ）的范圍內(nèi)產(chǎn)生諧振。我公司生產(chǎn)的變頻串聯(lián)諧振裝置都是根據(jù)客戶的需求進行定制的，一般客戶提出要求的試品其電抗器的組合方式和激勵變壓器的輸出電壓的選擇在說明書上都有配置方案，如果是對定制內(nèi)的試品進行試驗可以直接參考方案進行試驗。如果是非方案內(nèi)的試品，則需要進行一些簡單的計算。
首先我們需要計算出試驗需要的電流：
I=2πfCU （C為試品的電容，U為試驗電壓）
然后根據(jù)試驗電壓U和試驗電流I對電抗器進行組合。電抗器的組合的原則是串聯(lián)電流不變，電壓相加；并聯(lián)電壓不變，電流相加。（電抗器都是一樣的，其銘牌標注有額定電壓和額定電流等）我們可以對電抗器進行串聯(lián)，并聯(lián)或者串并聯(lián)混合組合，使此時的額定電壓和額定電流都能滿足試驗電壓U和試驗電流I的要求。再根據(jù)組合的電抗器計算出組合后的電感L，然后使用一下公式進行計算：
f=1/2π
如果f在30-300Hz的范圍內(nèi)，則我們可以初步認為儀器可以諧振，而試驗也很大可能可以完成。（計算都是理論值，其還受品質因素等影響）
以上為如何防止因為串聯(lián)諧振裝置與試品組合不匹配照成的無法升壓問題的簡單計算和解決方案，我們只有在計算后，使計算的理論值都符合要求才能保證我們的試驗成功。
當然并不是所有的無法升壓都是由于匹配組合問題造成的，有可能還有裝置和試品本身的問題。所以當我們計算出滿足諧振的試驗要求，而儀器又無法進行升壓時，我們就需要確定是不是串聯(lián)諧振裝置或者試品的問題。此時我們可以使用串聯(lián)諧振裝置進行自升壓試驗，我公司生產(chǎn)的串聯(lián)諧振裝置，在不帶試品（電容C）的情況下，利用補償電容（可能含有）或者電容分壓器結合電抗器也可以進行自升壓操作，此操作主要是檢驗串聯(lián)諧振裝置每個部分是否可以正常工作，如果在正確組合和接線的情況下，串聯(lián)諧振裝置仍然無法自升壓，則說明裝置產(chǎn)生故障，需要返廠進行維修。如果串聯(lián)諧振裝置可以正常工作，則可以初步判斷設備沒有故障，客戶就需要檢測試品是否存在接線或者本身有問題。
由于變頻串聯(lián)諧振裝置是最近才出現(xiàn)的耐壓裝置，其使用原理也是不太常見，而且串聯(lián)諧振由變頻源，電抗器，分壓器，激勵變壓器，補償電容等組成，相對比較復雜，可能出現(xiàn)的問題的原因也比較多，我們這里也無法一一列舉，以上給出的方案只是針對比較常見問題，如果還無法解決，可以撥打售后電話，尋求華天電力的專業(yè)技術指導。