同步发电机的交流耐压试验方法

1、常规试验方法

发电机常规交流耐压试验一般选用ZC-501A高压试验变压器进行，由于发电机试验时电容电流通常都比较大，限流电阻和保护电阻的选择应根据实际情况选择，应保证被试品击穿时过流保护能可靠动作并有足够大的功率，通常是水电阻，可添加食盐调节水的电阻。

限流电阻：由于电流较大，阻值越大，压降越大，损耗也越大，阻值应小于试品的容抗，而且要有足够大的热容量，通常采用水电阻；

铜球保护电阻：为了保证铜球击穿后过流保护装置能够动作，应满足UT / 阻值≥动作电流。

       X_C﹦1/(ωC)       （Ω）       (7.1)

       I﹦(U_T)/(XC)﹦ωCU_T       （A）         (7.2)

式中，C：绕组对地及相间电容（F）；Xc：容抗（Ω）；ω：角频率，ω﹦2πf，对于工频，f﹦50Hz，ω﹦314

2、串联谐振交流耐压试验

2.1 试验接线

2.2 谐振条件：

       I_L﹦I_C﹦I       (7.3)

       X_L﹦X_C       (7.4)

       U_L﹦－U_C       (7.5)

式中：X_L﹦ωL

由于谐振的条件是X_L﹦X_C，即：ωL﹦1/ωC，整理后可得谐振条件为：

       f﹦1/[2π√(LC)]       (7.6)

从上式可知，通过调整电感L或电容C或调整频率f，都可以使试验回路达到谐振的状态。目前电子调频技术已经相当成孰，而且ZCVF-B串联谐振试验装置小巧轻便，已经得到广泛的应用。

2.3 试验回路的Q值(品质因数)

电感线圈的品质因数Q_L等于线圈的感抗X_L与损耗电阻R_L的比值：

       Q_L﹦X_L/R_L       (7.7)

但在发电机试验回路中，除了线圈的损耗电阻，还存在绕组的绝缘损耗，对水内冷发电机，还存在水电阻引起的损耗。考虑电机绕组损耗后回路的等效Q值为：

       Q﹦1/[(1/Q_L)﹢tanδ]       (7.8)

国产空冷发电机整相绕组绝缘损耗通常为0.03～0.06左右，水内冷绕组充水时总损耗可达0.07～0.12，将这些数据以及QL≈30代入上式，可得试验回路的等效Q值为：

国产空冷发电机试验：Q≈10～16

国产水内冷发电机试验：Q≈6～10

对于串联谐振，Q值也等于试验电压与励磁变输出电压的比值，Q值越大，励磁电压越小，所需要的试验电源功率越小。

2.4 串联谐振耐压的优点

在谐振状态，回路阻抗为：

       Z_B﹦√[R₂﹢(X_L²‐X_C²)]≈R        (7.9)

R代表试验回路的总损耗电阻。

一旦试品击穿，XC变为零，谐振条件被破坏，此时回路阻抗变为：

       Z_B﹦√[R₂﹢(X_L²‐0)]≈X_L        (7.10)

由于X_L是R的Q倍，所以击穿后回路电流下降到击穿前的Q分之一，不存在过电流的问题，所以试验比较安全。

在进行发电机的交流耐压试验时，为了防止绝缘击穿时由于电流过大而将定子铁芯烧坏（定子铁芯烧坏后极难修复），通常要求击穿后的短路电流不要大于5A，由于串联谐振法试验在试品击穿后回路电流会下降，而且试验电压波形较好（电压中的高次谐波不满足谐振条件被抑制），所以发电机的交流耐压应优先采用串联谐振法。

按照国标规定，工频耐压试验电压的频率范围为45Hz～65Hz，因此在选择电感时应满足频率的规定。

串联谐振耐压的优点：

(1) 减小升压器输出电压为试验电压的Q份之一，从而减小试验设备容量；

(2) 试品击穿后电流下降为原来的Q份之一，比较安全；

(3) 不需要串接限流电阻（串联谐振法不得串联限流电阻）。

3、并联谐振交流耐压试验

并联谐振特点：

       U_{C﹦UL﹦UT       (7.11)}

       X_L﹦X_C       (7.12)

       I_L﹦－I_C       (7.13)

回路阻抗：

       Z≈QX_L       (7.14)

回路电流：

       I≈U_T/Z﹦U_T/QX_L﹦I_L/Q﹦I_C/Q       (7.15)

并联谐振耐压试验特点：

(1) 试验电流为试品电流的Q份之一，从而减小试验设备容量；

(2) 试品击穿时试验电流可能会增加，过流保护应可靠；

(3) 需要串接限流电阻。

4、谐振试验时电感或电容的选择

前面已介绍通过调节电路的电感、电容或频率都可以使电路达到谐振状态。试验标准规定工频耐压时的频率范围为45Hz～65Hz，在选择电路参数时应满足这一要求。当频率为50Hz、电容的单位为μF、电感的单位为H时，可按下式估算电感或电容：

       L﹦10/C 或：C﹦10/L       (7.16)

对于调感或调容装置，可通过微调电感量或电容量使电路达到谐振状态。如果采用调频装置，估算电感或电容后，再按下式计算实际的谐振频率：

       f﹦1/[2π√(LC)]       (7.17)

如果频率落在45Hz～65Hz范围内，电感L或电容C就不用再调整，如果频率超过65Hz，应增加电感量或电容量；如果频率低于45Hz，应减小电感量或电容量。