諧振變壓器

諧振變壓器頻率范圍1~50kHz，可和中頻電爐、中頻電源、超音頻電源配套使用，用于工件的透熱，金屬工件淬火、退火、中頻變管加熱、金屬的擴散型焊接[釬焊]等工藝設(shè)備。多匝比中頻變壓器鐵芯采用0.27-0.3mm有取向高導磁冷軋硅鋼片疊裝組成，采用特殊工藝加工組裝而成。一次匝比最多23匝，也可根據(jù)容量及頻率的不同進行變化。諧振變壓器均采用水冷冷卻。

諧振變壓器是利用串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振的原理，產(chǎn)生大電流和高電壓。一般用于大電容或大電感負載。利用負載和設(shè)備的并聯(lián)諧振，可以用較小的激勵電流取得較大的負載電流；利用負載和設(shè)備的串聯(lián)諧振可以用較低的激勵電壓在負載上取得高電壓。諧振變壓器的基本公式就是ω=1/√（LC），其中ω是電源的角頻率

=2лf，L和C是負載或設(shè)備的電感和電容量。要完全滿足等式，ω、L、C中至少需要有一個參數(shù)是可調(diào)的，為了滿足輸出電壓或電流的要求，L和C中必須有一個是可調(diào)的，為了精確找到諧振點，還需要參數(shù)可以無級微調(diào)。所以，現(xiàn)代諧振變壓器一般使用變頻電源作為電源，以便調(diào)整ω，以帶抽頭電抗器作為L，與C配合就可以方便地找到諧振點。

2.1 結(jié)構(gòu)特征:諧振變壓器的鐵心可以做成兩種不同的結(jié)構(gòu):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(diào)節(jié)氣隙的傳動機構(gòu)比較復雜。為此，我們研制的試驗裝置采用殼式結(jié)構(gòu)，諧振變壓器繞組套裝在可移動的中心柱外面。

2.2 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(guān)系，其電感L與變壓器上的電壓值無關(guān)。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(diào)諧(通過傳動機構(gòu)改變動鐵心與下軛鐵心之間的氣隙長度)，當調(diào)諧到諧振時，再升高試驗電壓，系統(tǒng)調(diào)諧非常方便。

2.3 回路電感L與鐵心氣隙長度δ的關(guān)系:氣隙可調(diào)諧振變壓器，無論是串聯(lián)型還是并聯(lián)型，都是通過調(diào)節(jié)鐵心氣隙長度，改變回路電感量L，使諧振變壓器發(fā)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(fā)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。

2.4 調(diào)諧原理:(1)串聯(lián)調(diào)諧:串聯(lián)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(diào)節(jié)，使即ωL=1/ωC即XL=XC時，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，這里回路電流IS最大=Us/(RL+RC)因為RC>>RL，則有Is≈US/Rc (1)被試品上的電壓UC和調(diào)諧電抗器上的電壓UL分別為: Uc=(1/ωc)Is=XcIs UL=ωLIs=XLIs當調(diào)諧到諧振時Uc=UL=ω0LIs=(ω0L/Rc)Us (2)式(2)中比值ω0L/Rc=(根號L/C的2次方)/Rc=Q (3)ω0為諧振角頻率Q稱為串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。因為(根號L/C的2次方)>>RC，所以Q>>1。從而得出電源容量Ps=UsIs=(Uc/Q)Is=Pc/Q (4)由式(4)可知，當諧振變壓器調(diào)諧到諧振時，電源電壓和容量均為被試品對應(yīng)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(yōu)點。(2)并聯(lián)調(diào)諧并聯(lián)諧振變壓器的等值電路如圖4所示。當RL≤ωL，Rc≤1/ωc時，并聯(lián)諧振的諧振頻率fo為:并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)Q為: Q=(ω0L)/(RL+Rc)=1(RL+Rc)ω0C (6)式中RL、RC--電感、電容的等效串聯(lián)電阻(Ω) L--調(diào)諧電抗器電感(H) C--試品對地電容(F)當向并聯(lián)諧振變壓器施加50Hz交流電壓時，隨著電壓的升高，回路中將產(chǎn)生強迫振蕩。當回路的振蕩頻率等于外施電源頻率時，回路的阻抗最大(且呈純電阻性)，因而回路電流最小，但L和C上的電流IL和IC都是回路電流I的Q倍，即IL=IC=QI。

論述了諧振變壓器的原理，設(shè)計方法及研制中應(yīng)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(shù)的發(fā)展，采用高壓諧振技術(shù)對大容量電氣設(shè)備進行工頻耐壓試驗已經(jīng)成為可能，目前已被廣泛用于電纜，電容器、發(fā)電機等具有大電容的電力設(shè)備的交流試驗。原理是通過調(diào)節(jié)鐵心磁路的氣隙長度，得到連續(xù)變化的電感L，使其與被試品對地電容C發(fā)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(guān)參數(shù)的計算。