高壓諧振變壓器的研究

摘要：論述了諧振變壓器的原理，設計方法及研制中應注意的幾個問題，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

　　隨著電力電子技術的發展，采用高壓諧振技術對大容量電氣設備進行工頻耐壓試驗已經成為可能，目前已被廣泛用于電纜，電容器、發電機等具有大電容的電力設備的交流試驗。原理是通過調節鐵心磁路的氣隙長度，得到連續變化的電感L，使其與被試品對地電容C發生諧振。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參數的計算。

2諧振變壓器原理

21結構特征

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構：殼式和心式。心式鐵心變壓器在一系列主要指標方面不如殼式鐵心變壓器，其重量和外型尺寸較大，調節氣隙的傳動機構比較復雜。為此，我們研制的試驗裝置采用殼式結構，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系，其電感L與變壓器上的電壓值無關。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行調諧（通過傳動機構改變動鐵心與下軛鐵心之間的氣隙長度），當調諧到諧振時，再升高試驗電壓，系統調諧非常方便。

23回路電感L與鐵心氣隙長度δ的關系

　　氣隙可調諧振變壓器，無論是串聯型還是并聯型，都是通過調節鐵心氣隙長度，改變回路電感量L，使諧振變壓器發生諧振。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生諧振的機理。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串聯諧振變壓器的等值電路

圖4并聯諧振變壓器的等值電路

24調諧原理

　　（1）串聯調諧　　串聯諧振變壓器的等值電路如圖3所示。當對諧振變壓器施加US=220V，f=50Hz的工頻電壓后，通過手動或自動調節，使即XL=XC時，回路發生串聯諧振，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和調諧電抗器上的電壓UL分別為：　　當調諧到諧振時（2）　　式（2）中比值（3）

ω0為諧振角頻率　　Q稱為串聯諧振回路的品質因數。因為，所以Q1。從而得出電源容量（4）

　　由式（4）可知，當諧振變壓器調諧到諧振時，電源電壓和容量均為被試品對應電壓和容量的1/Q。所以與一般試驗變壓器相比，諧振變壓器具有重量輕、體積小的優點。

　　（2）并聯調諧

　　并聯諧振變壓器的等值電路如圖4所示。　　當RL≤ωL，時，并聯諧振的諧振頻率fo為：(5)