華意電力是一家專(zhuān)業(yè)研發(fā)生產(chǎn)串聯(lián)諧振的廠(chǎng)家，本公司生產(chǎn)的串聯(lián)諧振在行業(yè)內都廣受好評，以打造最具權威的“串聯(lián)諧振“高壓設備供應商而努力。

  今天將和大家討論串聯(lián)諧振的原理，并分析串聯(lián)諧振現象的一些特點(diǎn)，探索串聯(lián)諧振現象的一些基本規律，以便在應用中能更自如的使用串聯(lián)諧振電源產(chǎn)品和分析在試驗過(guò)程中發(fā)生的一些現象。

  串聯(lián)諧振的產(chǎn)生：  

  諧振是由R、L、C元件組成的電路在一定條件下發(fā)生的一種特殊現象。首先，我們來(lái)分析R、L、C串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件和諧振時(shí)電路的特性。圖1所示R、L、C串聯(lián)電路，在正弦電壓U作用下，其復阻抗為：

  式中電抗X＝Xl—Xc是角頻率ω的函數，X隨ω變化的情況如圖2所示。當ω從零開(kāi)始向∞變化時(shí)，X從﹣∞向﹢∞變化，在ω＜ωo時(shí)、X＜0，電路為容性；在ω＞ωo時(shí)，X＞0，電路為感性；在ω＝ωo時(shí)

  此時(shí)電路阻抗Z(ωo)＝R為純電阻。電壓和電流同相，我們將電路此時(shí)的工作狀態(tài)稱(chēng)為諧振。由于這種諧振發(fā)生在R、L、C串聯(lián)電路中，所以又稱(chēng)為串聯(lián)諧振。式1就是串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件。由此式可求得諧振角頻率ωo如下：

  諧振頻率為

  由此可知，串聯(lián)電路的諧振頻率是由電路自身參數L、C決定的．與外部條件無(wú)關(guān)，故又稱(chēng)電路的固有頻率。當電源頻率一定時(shí)，可以調節電路參數L或C，使電路固有頻率與電源頻率一致而發(fā)生諧振；在電路參數一定時(shí)，可以改變電源頻率使之與電路固有頻率一致而發(fā)生諧振。

  串聯(lián)諧振電源在電力系統應用中的特點(diǎn)： 

  1、所需電源容量大大減小。串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個(gè)系統中，電源只需要提供系統中有功消耗的部分，因此，試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q。 

  2、設備的重量和體積大大減少。串聯(lián)諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調壓裝置和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗容量的1/Q，使得系統重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/3-1/5。

  3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效的防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。

  4、防止大的短路電流燒傷故障點(diǎn)。在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當試品的絕緣弱點(diǎn)被擊穿時(shí)，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的1/Q。而并聯(lián)諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時(shí)，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數百倍。所以，串聯(lián)諧振能有效的找到絕緣弱點(diǎn)，又不存在大的短路電流燒傷故障點(diǎn)的憂(yōu)患。 

  5、不會(huì )出現任何恢復過(guò)電壓。試品發(fā)生擊穿時(shí)，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復電壓的再建立過(guò)程很長(cháng)，很容易在再次達到閃落電壓前斷開(kāi)電源，這種電壓的恢復過(guò)程是一種能量積累的間歇振蕩過(guò)程，其過(guò)程長(cháng)，而且，不會(huì )出現任何恢復過(guò)電壓。

  串聯(lián)諧振裝置是華意電力在積累多年工頻諧振升壓裝置研發(fā)、生產(chǎn)和試驗的基礎上設計出來(lái)的新一代諧振升壓裝置。變頻諧振試驗是一種全新的高壓試驗方法，利用電抗器與被試品電容實(shí)現串聯(lián)諧振，在被試品上獲得高電壓大電流，是當前高電壓試驗的一種新的方法和潮流，在國外已經(jīng)得到廣泛的應用。變頻諧振試驗適用于大容量、高電壓的電容試品，如發(fā)電機、大型變壓器、GIS和高壓交聯(lián)電力電纜等，是用于交接和預防性試驗的現場(chǎng)試驗裝置。

  諧振的定義：電容和電感元件的線(xiàn)性無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò )對某一頻率的正弦激勵（達到穩態(tài)時(shí)）所表現的端口電壓與電流同相的現象。諧振電路分為并聯(lián)諧振電路與串聯(lián)諧振電路。本次主要討論串聯(lián)諧振電路的應用。

  在電子設備中，經(jīng)常需要完成在許多不同頻率的信號中，只選擇某個(gè)頻率的信號進(jìn)行處理，而其他頻率信號被濾除的任務(wù)，如（收音機和電視機等）。最常用的具有選頻功能的電路是諧振電路，因此說(shuō)諧振電路的作用之一就是選頻。

  另外變頻諧振試驗方法主要用于對大電容值的容性電力設備的現場(chǎng)交流耐壓試驗，這類(lèi)電力設備包括交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜（XLPE），全封閉高壓組合電器（GIS）、發(fā)電機定子、大型變壓器、架空線(xiàn)電力線(xiàn)路、電力電容器等。該作用主要是利用諧振時(shí)被試品電容兩端電壓為電源電壓的Q倍；諧振時(shí)源的激勵功率僅為電容C上電功率容量的1/Q,Q越大激勵功率越小?；谏鲜鰞蓚€(gè)優(yōu)點(diǎn)串聯(lián)變頻諧振方式進(jìn)行容性試品的交流耐壓試驗成為流行趨勢。

  串聯(lián)諧振產(chǎn)生的條件

  串聯(lián)諧振電路由電感線(xiàn)圈和電容器串聯(lián)組成，其電路模型如右圖，其中，R和L分別為線(xiàn)圈的電阻和電感，C為電容器的電容。在角頻率

為w的正弦電壓作用下，該電路的復阻抗為：

  式中，感抗XL=wl,容抗XC=1/wc,電抗X=XL-XC、阻抗角ΨZ = arctg（X/Z）均為電源角頻率ω的函數。那么諧振時(shí)U’S和I’同相，即Ψ=0，所以電路諧振時(shí)應滿(mǎn)足,X=0,即XL=XC，wl=1/wc。

  串聯(lián)諧振的頻率、電路的固有頻率

  設電源角頻率w=w0（f=f0）時(shí)，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，由上面式子wl=1/wc可得：w0=或f0= 式子說(shuō)明，RLC串聯(lián)電路諧振時(shí)w0（或f0）僅取決于電路參數L和C，當L、C一定時(shí)，w0（或f0）也隨之而定，故稱(chēng)w0（或f0）為電路的固有頻率。

  對于給定的R、L、C串聯(lián)電路，當電源角頻率等于電路的固有頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。若電源頻率 w一定，要使電路諧振，可以通過(guò)改變電路參數L或C，以改變電路的固有頻率w0使w=w0時(shí)電路諧振。調節L或C使電路發(fā)生諧振的過(guò)程稱(chēng)為諧振。

通過(guò)諧振條件產(chǎn)生的原因，可知有兩種調節方式產(chǎn)生諧振。   
  調節L或C使電路諧振，電感元件與電容元件的關(guān)系為：L=L0=；C=C0=。調節電源頻率，使得電源輸出頻率與電路固有頻率相等：W=W0=。

可見(jiàn)要使電路滿(mǎn)足諧振條件，可以通過(guò)改變L、C或f來(lái)實(shí)現。諧振時(shí)，電路的復阻Z=R+j[?L-(1/?C)]=R是一個(gè)純電阻，這時(shí)阻抗為最小值，阻抗角?=0。若外加電壓的有效值U及電路中的電阻R為定值，則諧振時(shí)電路中電流的有效值達到最大值I0=I(f0)=U/R。

  串聯(lián)諧振有以下特征：

(1)電流與電壓同相位，電路呈現純阻性；

(2)阻抗最小，電流最大。因為諧振時(shí)，電抗X=0，故Z=R+jX=R，其值最小，電路中的電流I=U/R=I0為最大；

(3)電感的端電壓UL與電容的端電壓UC大小相等，相位相反，相互補償，外加電壓與電阻上的電壓相平衡，即UR=Ui；

(4)電感或電容的端電壓可能大大超過(guò)外加電壓。電感或電容的端電壓與外電壓之比為串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數Q：