諧振變壓器簡(jiǎn)介

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(kuò)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(dǎo)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(jìn)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(fù)載。利用負(fù)載和設(shè)備的并聯(lián)諧振，可以用較小的激勵(lì)電流取得較大的負(fù)載電流；利用負(fù)載和設(shè)備的串聯(lián)諧振可以用較低的激勵(lì)電壓在負(fù)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(fù)載或設(shè)備的電感和電容量。要完全滿(mǎn)足等式，ω、L、C中至少需要有一個(gè)參數(shù)是可調(diào)的，為了滿(mǎn)足輸出電壓或電流的要求，L和C中必須有一個(gè)是可調(diào)的，為了精確找到諧振點(diǎn)，還需要參數(shù)可以無(wú)級(jí)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(zhǎng)，與C配合就可以方便地找到諧振點(diǎn)。

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(biāo)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(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。為此，我們研制的試驗(yàn)裝置采用殼式結(jié)構(gòu)，諧振變壓器繞組套裝在可移動(dòng)的中心柱外面。

2.2 特性曲線(xiàn):諧振變壓器的特性曲線(xiàn)如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，在不同氣隙長(zhǎng)度δ下，諧振變壓器的伏安特性具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，其電感L與變壓器上的電壓值無(wú)關(guān)。因而這種諧振變壓器在用于交流諧振試驗(yàn)時(shí)，可先在低壓條件下進(jìn)行調(diào)諧(通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)改變動(dòng)鐵心與下軛鐵心之間的氣隙長(zhǎng)度)，當(dāng)調(diào)諧到諧振時(shí)，再升高試驗(yàn)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(zhǎng)度δ的關(guān)系:氣隙可調(diào)諧振變壓器，無(wú)論是串聯(lián)型還是并聯(lián)型，都是通過(guò)調(diào)節(jié)鐵心氣隙長(zhǎng)度，改變回路電感量L，使諧振變壓器發(fā)生諧振。這就是對(duì)于具有一定對(duì)地電容的被試器，通過(guò)改變鐵心氣隙長(zhǎng)度使諧振變壓器發(fā)生諧振的機(jī)理。但是需要注意的是氣隙長(zhǎng)度不可過(guò)大，過(guò)大會(huì)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(dāng)對(duì)諧振變壓器施加US=220V，f=50Hz的工頻電壓后，通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，使即ωL=1/ωC即XL=XC時(shí)，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，這里回路電流IS最大=Us/(RL+RC)因?yàn)镽C>>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(dāng)調(diào)諧到諧振時(shí)Uc=UL=ω0LIs=(ω0L/Rc)Us (2)式(2)中比值ω0L/Rc=(根號(hào)L/C的2次方)/Rc=Q (3)ω0為諧振角頻率Q稱(chēng)為串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。因?yàn)?根號(hào)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(dāng)諧振變壓器調(diào)諧到諧振時(shí)，電源電壓和容量均為被試品對(duì)應(yīng)電壓和容量的1/Q。所以與一般試驗(yàn)變壓器相比，諧振變壓器具有重量輕、體積小的優(yōu)點(diǎn)。(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(dāng)RL≤ωL，Rc≤1/ωc時(shí)，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(duì)地電容(F)當(dāng)向并聯(lián)諧振變壓器施加50Hz交流電壓時(shí)，隨著電壓的升高，回路中將產(chǎn)生強(qiáng)迫振蕩。當(dāng)回路的振蕩頻率等于外施電源頻率時(shí)，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(jì)方法及研制中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，并通過(guò)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比的方法證明了文中計(jì)算公式的精確性和實(shí)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(duì)大容量電氣設(shè)備進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)已經(jīng)成為可能，目前已被廣泛用于電纜，電容器、發(fā)電機(jī)等具有大電容的電力設(shè)備的交流試驗(yàn)。原理是通過(guò)調(diào)節(jié)鐵心磁路的氣隙長(zhǎng)度，得到連續(xù)變化的電感L，使其與被試品對(duì)地電容C發(fā)生諧振。本文以一臺(tái)150kVA試驗(yàn)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(jì)算。