变频串联谐振试验装置电路原理及应用

  变频串联谐振试验装置由变频控制单元、励磁变压器、电抗器、电容分压器、补偿电容器组成。通过改变电抗器的串并联来适用于不同的场合。变频串联谐振是通过励磁变压器，电抗器形成串联回路(L)，然后与被试品(C)并联形成谐振电路，通过调节试验电源的频率使回路电感L与试品电容C产生谐振，从而获取高电压。

  变频串联谐振装置广泛应用于电力、铁路电气化、钢铁、机械、冶金、石油、化工等行业，适用于高电压、大容量的容性试品的交流耐压试验。变频串联谐振电路原理及产生条件优势如下：

  1、串联谐振电路：在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的。如果调节电路元件(L或C)的参数或电源频率，可以使它们相位相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。在谐振状态下，电路的总阻抗达到极值或近似达到极值。研究谐振的目的就是要认识这种客观现象，并在科学和应用技术上充分利用谐振的特征，同时又要预防它所产生的危害。按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振两种。

  2、并联谐振和串联谐振产生的条件：在电阻、电容、电感串联电路中，出现电源、电压、电流同相位现象，叫做串联谐振，其特点是：电路呈纯电阻性，电源、电压和电流同相位，电抗X等于0，阻抗Z等于电阻R，此时电路的阻抗最小，电流最大，在电感和电容上可能产生比电源电压大很多倍的高电压，因此串联谐振也称电压谐振，谐振电压与原电压叠加。

  并联谐振：在电阻、电容、电感并联电路中，出现电路端电压和总电流同相位的现象，叫做并联谐振，其特点是：并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率，谐振时，电路的总电流最小，而支路电流往往大于电路中的总电流，因此，并联谐振也叫电流谐振。

  3、串联谐振回路及谐振回路的作用：串联谐振于某一频率的电路。常用的有LC，RC，变压器耦合和晶体振荡器等。震荡器的原理很简单，就是正反馈原理，LC决定震荡的频率，普通晶体震荡器的晶体可以等效一个Q值很高的电感，利用电容的充放电产生震荡。在逆变器电路中多用RC组成的多谐振荡器。也有用变压器反馈式的自激振荡回路。

  串联谐回路产生谐振时的电压波形，当电压方波作用于LC 串联回路时，方波的前后沿都会对LC 串联回路产生激励(即接收能量)，每次激励过后又会产生阻尼振荡(即损耗能量)，当输入电压波形的上升率dv/dt 值大于谐振回路波形(正弦波)的上升率时，电路就会产生激励;当输入电压波形的上升率dv/dt值小于谐振回路波形的上升率时，电路就会产生阻尼。

  4、变频串联谐振模式：串联谐振分为DCM和CCM两种模式。一般都选择DCM模式，即选择。串联谐振的好处在于可以实现开关管的零电流关断，这是唯一一种能实现零电流关断的拓朴，是真正意义上的软关断，无关断损耗。这对于IGBT来说有很大好处，可以不用去考虑IGBT的关断拖尾带来的关断损耗。单个串联谐振电源可以采用PFM方式，这种方式实现2kW以内;也可以使用初级两组件并联移相方案，可以实现几十千瓦功率输出的高压电源，串联谐振的缺点是电流峰值太大，使开关管承受较大压力，不利于电源的小型化。

  并联谐振与串联谐振相比最大优势是峰值电流较小。同时在短路情况下，整个回路就是对电感充放电，电流波形为三角波，因此可以在短路情况下很容易算出电感的值，再通过电感计算出电容的值，而且误差很小，对于设计来说这是至关重要的。并联谐振工作在CCM区，电流波形基本上是正弦。开关管是硬关断，零电压零电流开启，没有开启损耗。对于关断损耗，可以在开关管DS(CE)两端并联电容，使电流与电压的交汇点变低，减小关断损耗。