高压谐振变压器的研究

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摘要:论述了谐振变压器的原理,设计方法及研制中应注意的几个问题,并通过计算值与实测值对比的方法证明了文中计算公式的精确性和实用性。

 

1前言

随着电力电子技术的发展,采用高压谐振技术对大容量电气设备进行工频耐压试验已经成为可能,目前已被广泛用于电缆,电容器、发电机等具有大电容的电力设备的交流试验。原理是通过调节铁心磁路的气隙长度,得到连续变化的电感L,使其与被试品对地电容C发生谐振。本文以一台150kVA试验装置为模型,阐述高压谐振变压器的原理与有关参数的计算。

 

2谐振变压器原理

21结构特征

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图1壳式谐振变压器

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图2谐振变压器的伏安特性

 

谐振变压器的铁心可以做成两种不同的结构:壳式和心式。心式铁心变压器在一系列主要指标方面不如壳式铁心变压器,其重量和外型尺寸较大,调节气隙的传动机构比较复杂。为此,我们研制的试验装置采用壳式结构,见图1。谐振变压器绕组套装在可移动的中心柱外面。

 

22特性曲线

谐振变压器的特性曲线如图2所示。由图2可见,在不同气隙长度δ下,谐振变压器的伏安特性具有良好的线性关系,其电感L与变压器上的电压值无关。因而这种谐振变压器在用于交流谐振试验时,可先在低压条件下进行调谐(通过传动机构改变动铁心与下轭铁心之间的气隙长度),当调谐到谐振时,再升高试验电压,系统调谐非常方便。

 

23回路电感L与铁心气隙长度δ的关系

气隙可调谐振变压器,无论是串联型还是并联型,都是通过调节铁心气隙长度,改变回路电感量L,使谐振变压器发生谐振。这就是对于具有一定对地电容的被试器,通过改变铁心气隙长度使谐振变压器发生谐振的机理。但是需要注意的是气隙长度不可过大,过大会使已建立的谐振条件遭到破坏。

 

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图3串联谐振变压器的等值电路

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图4并联谐振变压器的等值电路

 

24调谐原理

(1)串联调谐  串联谐振变压器的等值电路如图3所示。当对谐振变压器施加US=220V,f=50Hz的工频电压后,通过手动或自动调节,使即XL=XC时,回路发生串联谐振,这里回路电流IS最大

因为RCRL,则有Is≈US/Rc(1)

被试品上的电压UC和调谐电抗器上的电压UL分别为:  当调谐到谐振时(2)  式(2)中比值(3)

ω0为谐振角频率  Q称为串联谐振回路的品质因数。因为,所以Q1。从而得出电源容量(4)

由式(4)可知,当谐振变压器调谐到谐振时,电源电压和容量均为被试品对应电压和容量的1/Q。所以与一般试验变压器相比,谐振变压器具有重量轻、体积小的优点。

 

(2)并联调谐

并联谐振变压器的等值电路如图4所示。  当RL≤ωL,时,并联谐振的谐振频率fo为:(5)