Как резонанс переменной частоты регулирует частоту? 

Резонанс переменной частоты

Как резонанс переменной частоты регулирует частоту?

При испытании высоковольтной изоляции силового оборудования технология резонанса переменной частоты стала основным методом благодаря таким преимуществам, как малый вес, большая емкость и высокая безопасность. В основе метода лежит явление резонанса, и ключевым этапом достижения резонанса является точная регулировка выходной частоты питания для согласования ее с собственной частотой колебаний контура, образованного дросселем (L) и испытательным конденсатором (Cx). Этот процесс обычно выполняется ядром устройства — источником питания переменной частоты (FMPS).

Цель регулировки частоты: поиск точки резонанса

Основной принцип работы устройства резонанса переменной частоты — последовательный резонанс. Для резонанса контура необходимо выполнение основного условия: частота источника питания (f) должна быть равна собственной частоте контура (f0), то есть f = f0 = 1 / (2π√LC).

В фиксированной испытательной установке индуктивность реактора L и испытательный конденсатор Cx обычно фиксируются для одного испытания. Следовательно, собственная частота цепи f0 также является фиксированным значением. «Переменная частота» в резонансе с переменной частотой означает активное изменение выходной частоты источника питания f для соответствия и отслеживания фиксированной частоты f0, тем самым приводя систему в резонансное состояние.

Регулирование частоты: современная силовая электроника

Регулирование частоты достигается не традиционными механическими средствами, а с помощью передовых технологий силовой электроники. Основой схемы является инвертор на основе моста H-типа, состоящий из IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) и технологии ШИМ (синусоидальной широтно-импульсной модуляции).

Процесс выглядит следующим образом:

1. Преобразование переменного тока в постоянный: сначала сетевое напряжение (50 Гц) преобразуется в плавный постоянный ток через выпрямительную схему.

2. Преобразование постоянного тока в переменный (основной каскад частотной модуляции): этот постоянный ток подается на мостовой инвертор, состоящий из IGBT. Микросхема управления (например, DSP) генерирует управляющие сигналы ШИМ, точно управляя последовательностью включения и выключения каждой пары IGBT. Изменяя частоту управляющих сигналов, непосредственно определяется основная частота выходного переменного тока инвертора. Это создает синусоидальное напряжение с плавно регулируемой частотой в заданном диапазоне (например, 30–300 Гц).

3. Повышение напряжения и возбуждение: Этот низковольтный источник питания с регулируемой частотой повышается трансформатором возбуждения и подается на последовательный резонансный контур, состоящий из дросселя L и тестируемого объекта Cx.

Автоматическая подстройка частоты и стабилизация

В реальной работе оператор обычно активирует функцию «автоподстройки». В ходе этого процесса источник питания с регулируемой частотой медленно подстраивается от заданной начальной частоты до конечной, контролируя ток цепи в режиме реального времени. Когда частота подстройки приближается к собственной частоте цепи f0, ток цепи резко увеличивается. Система управления захватывает точку частоты с максимальным током, поскольку именно в этой точке импеданс цепи минимален, и система находится в резонансном состоянии. После обнаружения резонансной точки система автоматически стабилизируется на этой частоте для испытания на выдерживаемое напряжение.

Резюме

Вкратце, система резонанса переменной частоты использует свой внутренний источник питания переменной частоты и технологию силовой электроники для генерации синусоидального сигнала с плавной регулировкой частоты. Алгоритмы автоматического сканирования и слежения точно определяют и захватывают резонансную частоту LC-контура. Этот метод активного «изменения частоты» для адаптации к фиксированной «точке резонанса» является техническим ключом к достижению эффективного и точного испытания на выдерживаемое напряжение.

Резонансный испытательный стенд MSXZ(f)-1000 кВА/500 кВ с переменной частотой: Этот прибор разработан и изготовлен для испытаний постоянным напряжением переменного тока кабелей 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ, выключателей 110 кВ и 220 кВ, трансформаторов, изоляторов, а также нейтрали главных трансформаторов 220 кВ и линейных выводов главных трансформаторов 110 кВ. Благодаря широкому спектру применения, он идеально подходит для испытаний высоким напряжением в отделах испытаний высокого напряжения на уровне префектур, городов и уездов, а также для инженерных подразделений по монтажу и обслуживанию электросетей. Устройство состоит из источника питания с переменной частотой, трансформатора возбуждения, реактора, емкостного делителя напряжения и компенсирующего конденсатора. 1. Выключатели, трансформаторы напряжения, трансформаторы тока и изоляторы 220 кВ и ниже: частота испытаний 30–300 Гц, напряжение испытания 500 кВ, время испытания 1 минута.
2. Кабель 110 кВ/630 мм² (1 км) ≤ 0,201 мкФ: частота испытаний 30–300 Гц, напряжение испытания 128 кВ, время испытания 60 минут.
3. Выключатели, трансформаторы напряжения, трансформаторы тока и изоляция 110 кВ и ниже: частота испытаний 30–300 Гц, напряжение испытания 270 кВ, время испытания 1 минута.
4. Главный трансформатор 110 кВ: емкость ≤ 0,015 мкФ, частота испытаний 45–65 Гц, напряжение испытания 160 кВ, время испытания 1 минута.
5. Кабель 220 кВ/300 мм² длиной 0,5 км, емкость ≤ 0,086 мкФ, частота испытания 30–300 Гц, время испытания 60 минут.
6. Кабель 35 кВ/630 мм² длиной 3 км, емкость ≤ 0,76 мкФ, частота испытания 30–300 Гц, испытательное напряжение 52 кВ, время испытания 60 минут.