饱和电抗器的原理及特性试验.doc

吕崇伟王毅(北京交通大学)摘要:饱和电抗器是非线性电抗器件,利用铁磁质的磁导率可变进行工作,通过改变铁心磁通从而改变磁导率进行调节电抗器的电感量。本文主要介绍其工作原理及对样机所进行的特性实验。Abstract:,:饱和电抗器原理特性实验饱和电抗器是利用铁磁质磁化曲线的非线性和饱和特性,也就利用铁磁质的磁导率不是常数这一特性而工作的。饱和电抗器属于交直流同时磁化的非线性电抗器。其主要应用于各种调节设备,起到变换阻抗和传输能量的作用,如用来调节电炉炉温,调节灯光和调节交流电动机的转速,它具有能实现平滑调节,损耗小和调节范围广的优点。随着技术的发展饱和电抗器在电力系统中的应用前景和潜力也日益增大,例如可在超高压电网中作调相调压设备,在输电系统中可以抑制系统过电压提高系统稳定性,抑制功率振荡,平衡负载,无功补偿提高功率因数及抑制谐波。一饱和电抗器的工作原理其基本工作原理是用直流绕组电流的大小来改变交流电路的电抗。原理图如图1,它是一个有交流绕组和直流绕组的铁心磁路。交流电流当交流电压和交流回路电阻不变时,交流电流和交流线圈的电感有关。图1饱和电抗器原理图在不计漏磁的情况下,线圈电感量可以用下式表示,可知交流线圈的电感量在一定的磁路和匝数下和磁路铁心的磁导率成正比。改变磁导率就可以改变交流线圈的电感,从而改变电流和电抗器的容量。由于铁磁质的磁导率不是常数,在正常工作下磁导率随铁心的饱和而减小,而铁心饱和程度的变化可以通过改变直流绕组的励磁电流来实现。增大则铁心的磁感应强度增大,铁心接近饱和,磁导率减小,从而电感值减小,交流电流也随之增大。直流电流的大小可以控制交流电流的大小。直流绕组也被称为控制绕组,交流绕组也被称为工作绕组。图2磁化曲线示意图图1所示的饱和电抗器由于交直流绕组缠绕在同一铁心上,交流绕组在铁心中产生的交流磁通会在直流绕组中产生交变的感应电动势。所以饱和电抗器通常采用图3所示的结构。它由两个相同的铁心组成,直流绕组采用方向串联接法,所感应的交流电动势相互抵消,不会产生不良影响。1、2是交流输入端,3、4是直流输入端,在实际应用中交直流绕组往往引出一些抽头以满足不同的需求。图4是图3所示双铁心饱和电抗器的BH变化曲线。假设控制电流方向如图3所示,则曲线3和4分别是左右两个铁心中磁感应强度随时间变化的曲线,和分别为其对应的磁场强度变化曲线。饱和电抗器从电源取用的电流为两并联交流线圈电流之和,因此由曲线和相加得曲线,该曲线按一定的比例可以表示为电抗器从电源取用的电流,且对称于时间轴。2和是无直流激磁下的BH变化曲线,可以看出在同一交变磁场下,当恒定磁场存在时,从电源取用的电流值有显著增加,实现了直流控制交流的作用。图3双铁心饱和电抗器图4双铁心饱和电抗器中B和H的变化曲线二饱和电抗器的特性分析及实验下面介绍图3所示结构的饱和电抗器的各种特性,实验样机为图3所示结构。图5单个铁心尺寸具体参数如下:额定工作