单相饱和电抗器的工作原理
6页1、单相饱和电抗器的工作原理 31 概述 如图31所示的单相饱和电抗器是一个最典型的可控饱和电抗器电路,掌握其原理和分析方法以后,便于了解其他各种饱和电抗器电路,本章从物理概念出发,分析讨论单相饱和电抗器的基本工作原理。 如图31所示电路的工作状态除了与电源电压大小及负载性质有关以外,与铁心磁化过程关系较大,要理解饱和电抗器的工作原理,必须分析铁心在不同直流控制电压作用下的磁化状态。 单相饱和电抗器的性能除了与铁心工作状态密切相关以外,还与许多因素有关:如负载性质(电阻、电感等)、控制回路中偶次谐波电流流通情况等,一般在分析时为了能抓住物理实质,常常从最简单的情况入手,例如,取负载为纯电阻。至于控制回路中偶次谐波电流的处理,则常常考虑分析两种情况: (1)自然磁化状态。控制回路中电阻很小,也无外加电感,控制绕组两端加一个恒定的直流电压,偶次谐波电流在控制回路中自由流通。 (2)强制磁化状态。控制回路电阻或外加电感很大,足以抑制控制回路内感应产生的交流分量,控制绕组内流通的仅是直流分量,相当于加入一个恒定的直流控制电流。 一般常遇到的是接近自然磁化状态的情况。 为了掌握饱和电抗器的工作原理,
2、需要对各参量波形进行分析,波形分析方法是定性讨论饱和电抗器原理及工作特点的基本方法。 至于定量计算饱和电抗器的特性,工程上常用的是图解法。图解法以各电磁参量都是等效正弦的假设为基础,可以帮助人们确定合理的工作范围,还可以了解外界参数变化时饱和电抗器特性变化的规律。 32 单相饱和电抗器的原理分析321 基本电磁方程 在分析图31所示饱和电抗器时,先做如下的假设; (1)电源电压u为正弦,uUmsinwt。 (2)负载为纯电阻RL。 (3)忽略各绕组的漏电感(环形铁心,绕组均匀分布的情况,漏感最小)。 (4)工作绕组串联顺接,控制绕组串联反接。 设结构参数一定,其中包括:铁心截面积Sc、平均磁路长度lc、每个铁心的工作绕组匝数Ng和控制绕组匝数Nk,以及它们相应的电阻值rg、rk等。 但作为可控的饱和电抗器,其外部参数是可变的,如交流电源电压u、控制电压Uk、负载电阻RL等。一般取工程合理值作为额定参数,因此外部参数只是围绕额定值在小范围内可以调整改变,如果大幅度变化,则饱和电抗器将不受控制,或者工作在很不合理情况,或者利用很不充分。 当结构参数一定,并且外部参数也一定时,铁心中B、H大
3、小以及饱和电抗器特性也是一定的。为了进行原理分析,首先必须了解铁心中磁参数随控制电压变化而变化的情况,进一步再确定静特性和时间常数。 图31有两个回路:工作回路和控制回路。每个回路又联系着两个铁心,我们可以用基本电磁方程组来描述这两个回路的工作。这个方程组表示了各回路中结构参数、外部参数及铁心磁参数间的关系,也表示两个回路间的相互联系。322 饱和电抗器三种典型状态的分析 我们可以取三种典型状态进行分析,如图32所示饱和电抗器的输出一输入特性I:f(Ik)。特性上有三点:点1表示控制电流为零时的状态,这时半周期内铁心完全不饱和,输出电流最小,交流绕组感抗值最大;点3表示控制电流很大,使铁心半周期内几乎完全饱和,输出电流很大,交流绕组感抗值很小;而点2介于点1和点3之间,处于中间状态,半周期内,铁心部分时间饱和。 以下按上述三种状态进行分析,即:半周期内铁心不饱和;半周期内铁心部分时间饱和;半周期内铁心完全饱和。3221 半周期内铁心处于不饱和状态(状态1) 由于这时控制电流为零,铁心仅有交流激磁作用,因此饱和电抗器的工作状态相当于一个空载变压器,工作绕组电抗值很大4 饱和电抗器的输出反
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