變頻串聯諧振試驗裝置電路原理及應用
變頻串聯諧振試驗裝置由變頻控制單元、勵磁變壓器、電抗器、電容分壓器、補償電容器組成。通過改變電抗器的串并聯來適用于不同的場合。變頻串聯諧振是通過勵磁變壓器,電抗器形成串聯回路(L),然后與被試品(C)并聯形成諧振電路,通過調節試驗電源的頻率使回路電感L與試品電容C產生諧振,從而獲取高電壓。
變頻串聯諧振裝置廣泛應用于電力、鐵路電氣化、鋼鐵、機械、冶金、石油、化工等行業,適用于高電壓、大容量的容性試品的交流耐壓試驗。變頻串聯諧振電路原理及產生條件優勢如下:
1、串聯諧振電路:在具有電阻R、電感L和電容C元件的交流電路中,電路兩端的電壓與其中電流相位一般是不同的。如果調節電路元件(L或C)的參數或電源頻率,可以使它們相位相同,整個電路呈現為純電阻性。電路達到這種狀態稱之為諧振。在諧振狀態下,電路的總阻抗達到極值或近似達到極值。研究諧振的目的就是要認識這種客觀現象,并在科學和應用技術上充分利用諧振的特征,同時又要預防它所產生的危害。按電路聯接的不同,有串聯諧振和并聯諧振兩種。
2、并聯諧振和串聯諧振產生的條件:在電阻、電容、電感串聯電路中,出現電源、電壓、電流同相位現象,叫做串聯諧振,其特點是:電路呈純電阻性,電源、電壓和電流同相位,電抗X等于0,阻抗Z等于電阻R,此時電路的阻抗最小,電流最大,在電感和電容上可能產生比電源電壓大很多倍的高電壓,因此串聯諧振也稱電壓諧振,諧振電壓與原電壓疊加。
并聯諧振:在電阻、電容、電感并聯電路中,出現電路端電壓和總電流同相位的現象,叫做并聯諧振,其特點是:并聯諧振是一種完全的補償,電源無需提供無功功率,只提供電阻所需要的有功功率,諧振時,電路的總電流最小,而支路電流往往大于電路中的總電流,因此,并聯諧振也叫電流諧振。
3、串聯諧振回路及諧振回路的作用:串聯諧振于某一頻率的電路。常用的有LC,RC,變壓器耦合和晶體振蕩器等。震蕩器的原理很簡單,就是正反饋原理,LC決定震蕩的頻率,普通晶體震蕩器的晶體可以等效一個Q值很高的電感,利用電容的充放電產生震蕩。在逆變器電路中多用RC組成的多諧振蕩器。也有用變壓器反饋式的自激振蕩回路。
串聯諧回路產生諧振時的電壓波形,當電壓方波作用于LC 串聯回路時,方波的前后沿都會對LC 串聯回路產生激勵(即接收能量),每次激勵過后又會產生阻尼振蕩(即損耗能量),當輸入電壓波形的上升率dv/dt 值大于諧振回路波形(正弦波)的上升率時,電路就會產生激勵;當輸入電壓波形的上升率dv/dt值小于諧振回路波形的上升率時,電路就會產生阻尼。
4、變頻串聯諧振模式:串聯諧振分為DCM和CCM兩種模式。一般都選擇DCM模式,即選擇。串聯諧振的好處在于可以實現開關管的零電流關斷,這是唯一一種能實現零電流關斷的拓樸,是真正意義上的軟關斷,無關斷損耗。這對于IGBT來說有很大好處,可以不用去考慮IGBT的關斷拖尾帶來的關斷損耗。單個串聯諧振電源可以采用PFM方式,這種方式實現2kW以內;也可以使用初級兩組件并聯移相方案,可以實現幾十千瓦功率輸出的高壓電源,串聯諧振的缺點是電流峰值太大,使開關管承受較大壓力,不利于電源的小型化。
并聯諧振與串聯諧振相比最大優勢是峰值電流較小。同時在短路情況下,整個回路就是對電感充放電,電流波形為三角波,因此可以在短路情況下很容易算出電感的值,再通過電感計算出電容的值,而且誤差很小,對于設計來說這是至關重要的。并聯諧振工作在CCM區,電流波形基本上是正弦。開關管是硬關斷,零電壓零電流開啟,沒有開啟損耗。對于關斷損耗,可以在開關管DS(CE)兩端并聯電容,使電流與電壓的交匯點變低,減小關斷損耗。
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