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文檔簡介
串聯(lián)諧振過電壓首先講一下什么是諧振,在含有電阻、電感和電容的交流電路中,電路兩端電壓與其電流一般是不同相的,若調節(jié)電路參數(shù)或電源頻率使電流與電源電壓同相,電路呈電阻性,稱這時電路的工作狀態(tài)為諧振。諧振又分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振,在串聯(lián)電路中發(fā)生的諧振即為串聯(lián)諧振,在并聯(lián)電路中發(fā)生的諧振即為并聯(lián)諧振,諧振現(xiàn)象是正玄交流電路的一種特定現(xiàn)象,它在電子和通訊工程中得到廣泛的應用,但是在電力系統(tǒng)中,發(fā)生諧振有可能破壞系統(tǒng)的正常工作。接下來我們再來分別介紹一下串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的特電路特點。串聯(lián)諧振的電路特點總阻抗值最小;電源電壓一定時,電流最大;~。=腭電路呈電阻性,電容或電感上的電壓可能高于電源電壓。并聯(lián)諧振電路的特點電壓一定時,諧振時電流最?。豢傋杩棺畲?電路呈電阻性,支路電流可能會大于總電流。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)諧振和串聯(lián)諧振兩大類型,下面列出串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的主要技術特點及其比較:串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的差別,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)諧振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)諧振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。串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區(qū)別2(2)串聯(lián)諧振的輸入電壓恒定,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中角。并聯(lián)諧振的輸入電流恒定,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中角。這就是說,兩者都是工作在容性負載狀態(tài)。(3)串聯(lián)諧振是恒壓源供電,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。并聯(lián)諧振是恒流源供電,為避免濾波電抗Ld上產生大的感生電勢,電流必須連續(xù)。也就是說,必須保證逆變器上、下橋臂晶閘管在換流時,是先開通后關斷,也即在換流期間(tY)內所有晶閘管都處于導通狀態(tài)。這時,雖然逆變橋臂直通,由于Ld足夠大,也不會造成直流電源短路,但換流時間長,會使系統(tǒng)效率降低,因而需縮短tY,即減小Lk值。串聯(lián)諧振的工作頻率必須低于負載電路的固有振蕩頻率,即應確保有合適的t時間,否則會因逆變器上、下橋臂直通而導致?lián)Q流的失敗。并聯(lián)諧振的工作頻率必須略高于負載電路的固有振蕩頻率,以確保有合適的反壓時間t,否則會導致晶閘管間換流失?。坏舾叩锰?,則在換流時晶閘管承受的反向電壓會太高,這是不允許的。串聯(lián)諧振的功率調節(jié)方式有二:改變直流電源電壓Ud或改變晶閘管的觸發(fā)頻率,即改變負載功率因數(shù)cos^。并聯(lián)諧振的功率調節(jié)方式,一般只能是改變直流電源電壓Ud。改變cos中雖然也能使逆變輸出電壓升高和功率增大,但所允許調節(jié)范圍小。串聯(lián)諧振在換流時,晶閘管是自然關斷的,關斷前其電流已逐漸減小到零,因而關斷時間短,損耗小。在換流時,關斷的晶閘管受反壓的時間(t+tY)較長。并聯(lián)諧振在換流時,晶閘管是在全電流運行中被強迫關斷的,電流被迫降至零以后還需加一段反壓時間,因而關斷時間較長。相比之下,串聯(lián)諧振更適宜于在工作頻率較高的感應加熱裝置中使用。(7律聯(lián)諧振的晶閘管所需承受的電壓較低用380V電網供電時采用1200V的晶閘管就行,但負載電路的全部電流,包括有功和無功分量,都需流過晶閘管。逆變晶閘管丟失脈沖,只會使振蕩停止,不會造成逆變顛覆。并聯(lián)諧振的晶閘管所需承受的電壓高,其值隨功率因數(shù)角中增大,而迅速增加。但負載本身構成振蕩電流回路,只有有功電流流過逆變晶閘管,而且逆變晶閘管偶而丟失觸發(fā)脈沖時,仍可維持振蕩,工作比較穩(wěn)定。串聯(lián)諧振可以自激工作,也可以他激工作。他激工作時,只需改變逆變觸發(fā)脈沖頻率,即可調節(jié)輸出功率;而并聯(lián)諧振一般只能工作在自激狀態(tài)。在串聯(lián)諧振中,晶閘管的觸發(fā)脈沖不對稱,不會引入直流成分電流而影響正常運行;而在并聯(lián)諧振中,逆變晶閘管的觸發(fā)脈沖不對稱,則會引入直流成分電流而引起故障。(10)串聯(lián)諧振起動容易,適用于頻繁起動工作的場合;而并聯(lián)諧振需附加起動電路,起動較為困難。(11)串聯(lián)諧振中的晶閘管由于承受矩形波電壓,故du/dt值較大,吸收電路起著關鍵作用,而對其di/dt要求則較低。在并聯(lián)諧振中,流過逆變晶閘管的電流是矩形波,因而要求大的di/dt,而對du/dt的要求則低一些。(12)串聯(lián)諧振的感應加熱線圈與逆變電源(包括槽路電容器)的距離遠時,對輸出功率的影響較小。如果采用同軸電纜或將來回線盡量靠近(扭絞在一起更好)敷設,則幾乎沒有影響。而對并聯(lián)諧振來說,感應加熱線圈應盡量靠近電源(特別是槽路電容器),否則功率輸出和效率都會大幅度降低。(13)串聯(lián)諧振感應線圈上的電壓和槽路電容器上的電壓,都為諧振輸出電壓的Q倍,流過感應線圈上的電流,等于逆變器的輸出電流。并聯(lián)諧振逆變器的感應線圈和槽路電容器上的電壓,都等于逆變器的輸出電壓,而流過它們的電流,則都是逆變器輸出電流的Q倍。綜上所述,并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振各有其自己的技術特點和應用領域。從工業(yè)加熱應用的角度,并聯(lián)諧振廣泛應用于熔煉、保溫、透熱、感應加熱熱處理等各種領域,其功率可以從幾千瓦到上萬千瓦。串聯(lián)諧振廣泛應用于熔煉——保溫的一拖二爐組以及高Q值高頻率的感應加熱場合,其功率可以從幾千瓦到幾千千瓦。目前我國工業(yè)上采用的變頻電源90%以上屬并聯(lián)變頻電源。通過以上對諧振電路的分析,掌握諧振電路的特點,在生產實踐中,應該用其所長,避其所短。電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進行操作或發(fā)生故障時可形成各種振蕩回路,在一定的能源作用下,會產生串聯(lián)諧振現(xiàn)象,導致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴重的過電壓。分類線性諧振過電壓諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統(tǒng)中的電容元件所組成。鐵磁諧振過電壓諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統(tǒng)的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象,使回路的電感參數(shù)是非線性的,這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時,會產生鐵磁諧振。⑶參數(shù)諧振過電壓由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件(如凸極發(fā)電機的同步電抗在Xd~Xq間周期變化)和系統(tǒng)電容元件(如空載線路)組成回路,當參數(shù)配合時,通過電感的周期性變化,不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量,造成參數(shù)諧振過電壓。限制措施(1)提高開關動作的同期性由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的,因此提高開關動作的同期性,防止非全相運行,可以有效防止諧振過電壓的發(fā)生。(2)在并聯(lián)高壓電抗器中性點加裝小電抗,用這個措施可以阻斷非全相運行時工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。(3)破壞發(fā)電機產生自勵磁的條件,防止參數(shù)諧振過電壓。系統(tǒng)發(fā)生諧振時,在諧振電壓和工頻電壓的作用下,PT鐵芯磁密迅速飽和,激磁電流迅速增大,會使PT繞組嚴重過熱而損壞(同一系統(tǒng)中所有PT均受到威脅),甚至引起母線故障造成大面積停電。因此對發(fā)生諧振時,如何快速消除諧振是保證設備安全運行的關鍵。條件特點在中性點不接地電力系統(tǒng)中,由于電磁式電壓互感器(TV)激磁特性的非線性,當電壓發(fā)生波動使網絡中電抗接近容抗時,便產生諧振過電壓。特別是遇有激磁特性不好(易飽和)的TV及系統(tǒng)發(fā)生單相對地閃絡或接地時,更容易引發(fā)諧振過電壓。輕者令到TV的熔斷器熔斷、匝間短路或爆炸;重者則發(fā)生避雷器爆炸、母線短路、廠用電失電等嚴重威脅電力系統(tǒng)和電氣設備運行安全的事故。諧振處理對于我們現(xiàn)在6kV不接地系統(tǒng)來說,主要是投入消弧線圈和改變運行參數(shù),一般投入消弧線圈都能消除諧振,對于發(fā)生基波和高頻諧振,只要消諧器可靠動作,也能消除諧振,但對于分頻諧振具有零序性質,一般消諧器無法消除諧振,投切三相對稱負荷不起作用,對于未裝設消弧線圈,因此根據(jù)實際情況,可按以下方法處理:1、基波或高頻諧振的處理:
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