飽和電抗器原理

飽和電抗器原理摘要：以去年首次在中國(guó)投運(yùn)的高壓電動(dòng)機(jī)磁控軟起動(dòng)裝置為背景，介紹作為軟起動(dòng)裝置執(zhí)行元件的磁飽和電抗器，指明它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)開(kāi)關(guān)，闡述它的作用、特點(diǎn)和分析方法。ba幾械網(wǎng)ba幾械網(wǎng)m日dhii輩飽和電抗器是一種飽和度可控的鐵芯電抗器。50~70年代是磁飽和電抗器在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域較盛行的時(shí)期［1，2，3］。它既可以作為放大器件，又可以作為執(zhí)行元件。相對(duì)于電真空器件，它耐受惡劣環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)令人矚目，相對(duì)于交磁放大機(jī)系統(tǒng)，它的靜止性受到垂青。當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于磁飽和電抗器和磁放大器的著述和相關(guān)新鐵芯材料的研制報(bào)導(dǎo)屢見(jiàn)不鮮。在我國(guó)，在70年代已形成磁放大器產(chǎn)品系列［2］。70年代以后，以雙極型電子器件和SCR為代表的電力電子器件逐漸在電氣控制領(lǐng)域占統(tǒng)治地位。飽和電抗器因慣性較大、功率放大倍數(shù)較小等缺點(diǎn)而被排擠，其發(fā)展受阻。但是，飽和電抗器是一種既有長(zhǎng)處又有短處的電力器件。在電阻爐爐溫等較慢過(guò)程的控制中，以飽和電抗器為功率器件的系列產(chǎn)品仍然在使用。在如何將它應(yīng)用在較快過(guò)程的控制中，人們的研究和探索仍在繼續(xù)。也取得了一些可喜的成果［3］。我認(rèn)為，高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)是一個(gè)能夠使飽和電抗器揚(yáng)長(zhǎng)避短發(fā)揮重要作用的領(lǐng)域。二、三相飽和電抗器的基本形式三相飽和電抗器有多種形式，在圖1中表示了裂芯式和傳統(tǒng)式的兩種。圖1(a)為裂芯式結(jié)構(gòu)，三相分立，一相一個(gè)鐵芯。挨近小截面的是直流繞組(共6個(gè))。繞在直流繞組外面的是交流繞組(共3個(gè))。兩個(gè)直流繞組產(chǎn)生的磁通在兩個(gè)小截面鐵芯上形成環(huán)路。而交流繞組產(chǎn)生的磁通通過(guò)大截面鐵芯形成環(huán)路。圖1(b)為傳統(tǒng)式。直流繞組套住6個(gè)鐵芯和6個(gè)交流繞組。交流繞組每相2個(gè)，串連連接。一相交流電流在2個(gè)鐵芯上產(chǎn)生2個(gè)環(huán)路的磁通。2個(gè)環(huán)路的時(shí)鐘方向相同。圖1列出的僅是有代表性的形式。其它的可行形式還很多，例如圖1(a),若將交流繞組挪位，令它套住大截面鐵芯，就演繹為另一種可行形式。所有可行形式的共性是：三、飽和電抗器的分析方法：飽和電抗器不是線性器件。變壓器、電動(dòng)機(jī)均有線性化等效電路，從中可以得到相當(dāng)滿意的結(jié)果，飽和電抗器卻不然。分析的難點(diǎn)在于鐵芯的數(shù)學(xué)模型。鐵芯是由曲線描述的，鐵芯的狀態(tài)由曲線上的工作點(diǎn)表征。在實(shí)際運(yùn)行中，如果直流勵(lì)磁電流的變化較慢，而運(yùn)行工作點(diǎn)軌跡又延伸到遠(yuǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的區(qū)域，(這正是作為高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置執(zhí)行元件的飽和電抗器的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)。)我們就有理由將實(shí)際的曲線理想化為圖2曲線。圖2保留了鐵芯的基本電磁特性，忽略了磁滯回環(huán)等次要因素，從而使分析得以大大簡(jiǎn)化。四、作為高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置執(zhí)行元件的飽和電抗器的特點(diǎn)：飽和電抗器是一個(gè)大功率的器件，設(shè)計(jì)制作時(shí)應(yīng)注意防范強(qiáng)電磁干擾。飽和電抗器承當(dāng)著高壓和380伏低壓的隔離作用。在起動(dòng)初瞬，要求交流繞組立即流通2~3倍電動(dòng)機(jī)額定電流。這個(gè)要求可以通過(guò)預(yù)加勵(lì)磁電流的方法實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)飽和電抗器設(shè)計(jì)滿足。后者更為可取。飽和電抗器的負(fù)載是大電動(dòng)機(jī)。它是感性的，其等效阻抗隨轉(zhuǎn)速增高而增大。特別是起動(dòng)初瞬，它近似為純電感。飽和電抗器的工作是短期的。一次起動(dòng)過(guò)程通常不超過(guò)60秒。結(jié)束語(yǔ)自從2002年5月第一臺(tái)2000千瓦高壓磁控軟起動(dòng)裝置在河南濟(jì)源鋼鐵公司正式投運(yùn)以來(lái)，作為工業(yè)產(chǎn)品的高壓磁控軟起動(dòng)裝置在投運(yùn)數(shù)量上已達(dá)到了兩位數(shù)，軟起動(dòng)容量也增長(zhǎng)到5500千瓦。以飽和電抗器為執(zhí)行元件的軟起動(dòng)技術(shù)，已經(jīng)受到電工理論界和電機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。在網(wǎng)上，也常常有網(wǎng)友問(wèn)及作為高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置執(zhí)行元件的飽和電抗器的原理及設(shè)計(jì)，謹(jǐn)以此文就教于同行。參考文獻(xiàn)1、 nA別索諾夫飽和電抗器科學(xué)出版社1955.112、 清華大學(xué)自動(dòng)化系（蔡宣三）飽和電抗器原理與設(shè)計(jì)