仿真模擬串并聯(lián)諧振對(duì)RLC部件的影響程度

摘 要：針對(duì)電力供配電系統(tǒng)中存在的串、并聯(lián)諧振問題，通過帶入實(shí)例數(shù)據(jù)到仿真電路模型中，驗(yàn)證串、并聯(lián)諧振發(fā)生時(shí)，對(duì)用電負(fù)荷中RLC部件的影響程度，通過實(shí)際配電負(fù)荷參數(shù)，結(jié)合Matlab智能仿真軟件分析，詳細(xì)剖析了串、并聯(lián)諧振的危害性。

關(guān)鍵詞：串、并聯(lián)諧振；Matlab仿真軟件；用電負(fù)荷RLC危害性

當(dāng)今各大型用電企業(yè)由于產(chǎn)品多樣化，導(dǎo)致實(shí)際用電設(shè)備的負(fù)載性質(zhì)各不相同。經(jīng)綜合歸類總結(jié)用電負(fù)荷性質(zhì)：阻性負(fù)載R，感性負(fù)載L，容性負(fù)載C。根據(jù)電路基礎(chǔ)原理可知，R、L、C串聯(lián)或并聯(lián)后，在某種特定頻率條件下會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振現(xiàn)象，而在串、并聯(lián)諧振發(fā)生時(shí)，R、L、C各部件會(huì)受到怎樣的影響，本文就根據(jù)串、并聯(lián)諧振原理，理論計(jì)算給定R、L、C參數(shù)，仿真模擬電路在發(fā)生串、并聯(lián)諧振時(shí)各器件的數(shù)據(jù)參數(shù)及波形變化效果。圖文并茂的對(duì)串、并聯(lián)諧振現(xiàn)象做進(jìn)一步解析。

1 諧振現(xiàn)象描述

在含有電阻R、電感L和電容C的交流電路中，電路兩端電壓與其電流一般是不同相的，若調(diào)節(jié)電路參數(shù)或電源頻率使電路電流與電源電壓同相，電路呈電阻性，稱這時(shí)電路的工作狀態(tài)為諧振。

在RLC串聯(lián)電路中發(fā)生的，稱為串聯(lián)諧振；在RLC并聯(lián)電路中發(fā)生的，稱為并聯(lián)諧振；

諧振現(xiàn)象是正弦交流電路的一種特定現(xiàn)象，它在電子和通訊工程中得到廣泛應(yīng)用，但在電力系統(tǒng)中，發(fā)生諧振有可能破壞系統(tǒng)的正常工作，本文主要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行諧振分析。

2串聯(lián)諧振發(fā)生條件，串聯(lián)諧振電路如下圖1所示：

串聯(lián)諧振電路特點(diǎn)：

（1）電路總阻抗值最小： ；

（2）電源電壓一定時(shí)，支路電流最大： ；

（3）電路總阻抗呈電阻性，電容或電感上的電壓高于電源電壓，稱為過電壓現(xiàn)象，往往會(huì)造成元件的損壞。但諧振時(shí)L和C兩端的等效阻抗為零（相當(dāng)于短路）；

（4）諧振時(shí)電路不從外部吸收無功功率，但電路內(nèi)部的電感與電容之間周期性地進(jìn)行磁場(chǎng)與電場(chǎng)能量的交換。

現(xiàn)通過實(shí)際仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證串、并聯(lián)諧振現(xiàn)象：

仿真參數(shù)如下表1所示：

串聯(lián)諧振仿真電路圖如下圖2所示：

工頻下：系統(tǒng)電壓Us，電流Is，電阻電壓UR，電容電壓Uc，電感電壓UL，Uc+UL仿真波形如下圖3所示：

諧振頻率下： 系統(tǒng)電壓Us，電流Is，電阻電壓UR，電容電壓Uc，電感電壓UL，Uc+UL仿真波形如下圖4所示：

對(duì)比仿真數(shù)據(jù)如下表2所示：

（1）電路總阻抗值最大；

（2）當(dāng)電源電流一定時(shí)， 電源L、C支路電流會(huì)大于總電流，且電感，電容電壓過壓；

（3）諧振時(shí)電路不從外部吸收無功功率，但電路內(nèi)部的電感與電容之間周期性地進(jìn)行磁場(chǎng)與電場(chǎng)能量的交換。

現(xiàn)通過實(shí)際仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證并聯(lián)諧振現(xiàn)象：

仿真電路圖如下圖6所示：此處并聯(lián)諧振以負(fù)載電流源作為電源，把補(bǔ)償支路C與電源阻抗L并聯(lián)連接成仿真電路：

工頻下：電源電流IS，電容電流IC， 電感電流IL，總電壓US仿真波形如下圖7所示：

諧振頻率下：電源電流IS，電容電流IC， 電感電流IL，總電壓US仿真波形如下圖8所示

注：根據(jù)0.38KV諧波電流標(biāo)準(zhǔn)上限值為Is/5，令5次諧波電流IS5=400/5=80A；

總結(jié)仿真結(jié)果如下：

對(duì)比仿真數(shù)據(jù)如下表3所示：

根據(jù)以上對(duì)比數(shù)據(jù)分析：并聯(lián)諧振發(fā)生后，電源電流為80A，電容電流由16.6A放大到7017A，放大422倍；電感電流由416.6A放大到7019A，放大16.8倍；總電壓由107.7V放大到9068V，放大84倍。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)或者并聯(lián)諧振時(shí)，由仿真結(jié)論總結(jié)出，電容嚴(yán)重過壓過流導(dǎo)致其內(nèi)部膜間擊穿，電容爆炸燒毀；電抗器嚴(yán)重過壓過流，鐵芯嚴(yán)重發(fā)生磁飽合現(xiàn)象，過熱現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)線圈過流嚴(yán)重過熱，導(dǎo)致電抗器整體燒毀報(bào)廢；線路電阻有限，嚴(yán)重過流導(dǎo)致?lián)p耗增加，線路被嚴(yán)重?zé)龜啵慌c此同時(shí)，串、并聯(lián)諧振會(huì)危及到供配電系統(tǒng)，使之不能正常穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而連累到其它設(shè)備的正常工作。

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作者簡(jiǎn)介：席可心（1985-），男，工程師，2008年畢業(yè)于黑龍江大學(xué)電子測(cè)量與儀表系，在職，現(xiàn)從事TSC無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置、干式鐵芯電抗器設(shè)計(jì)工作。