单相交流电抗器的简易工程设计

  电抗器应用范围极为广泛,是电机启动,整流,变频,不间断电源等设备和系统中的不可或缺的部件之一。尤其是在变频和不间断电源系统中,电抗器的品质优劣可能直接决定了系统的性能和成本。

  应该根据不同的要求来设计和制造电抗器,从而设计和计算的方法也各有差别。本文仅就不间断电源装置中交流电抗器的工程设计和概算方法进行讨论。

  不间断电源的交流电抗器中通过的电流,既有基本频率的额定工作电流,又有进行调制的高频电流,还有相对应的各次高频谐波电流;在保证额定工作电流下的电抗值的同时,还要求保证在过负荷电流和饱和电流下的电抗;同时对电抗器的体积,重量,绝缘级别,尤其是负荷温升都有严格的规定。

  交流电抗器的设计和计算依照下面所列的顺序进行:

  ①根据对电抗器的基本电气参数要求,进行容量计算,选择铁心;

  ②根据铁心及工作磁通密度,计算线圈的匝数和铁心的磁路间隙;

  ③确定绕组的连接方式,选择绕组的线径(或载流面积),确定线圈的结构和尺寸;

  ④计算绕组的铜损和铁心的铁损,判断绕组负荷温升和铁心负荷温升;

  ⑤电抗器的整体结构设计和外形尺寸的检查。

  以上的设计步骤是相互关联的,在步骤和步骤之间,如果发现不合,应随时加以调整。

  例如,当发现铁心窗口容纳不下绕组时,就要适当调整铁心的窗口尺寸;又如,当发生绕组铜损过大,线圈温升超出要求时,就必须调整绕组的导线载流面积,减小铜损,降低温升;等等。

  以下就某型30KVA不间断电源中使用的单相交流电抗器为例,说明单相交流电抗器的简易工程设计和计算方法。

  某型号30KVA不间断电源中对使用的单相交流电抗器的要求:

  基本工作频率:fo= 50Hz;

  额定工作电流:I = 51.0 A;

  额定工作电流时的电感量:L = 1.485mH±3;=(E×104)/(4.44×Bm×f×Sc)

  = (2×π×fo×L×I×104)/(4.44×Bm×f×Sc)

  =67.97(Ts) ③

  取N=68(Ts);

  采用串联方式,每个线圈34匝。

  4铁心磁路间隙的计算:

  4.1为避免铁心在大电流流过线圈时发生磁饱和,要在铁心的磁回路中加入间隙,增加回路的磁阻;需要加入的磁路间隙利用下式进行概算:

  Lg’=(0.4×π×N2×Sc×10-8)/L ④

  =0.902(cm)

  为使磁路对称,将磁路间隙平均分置于铁心的中间。

  加入磁路间隙后,磁阻增大,在间隙部分的磁场力相应增强,如果要加入的磁路间隙过大,会使电抗器的工作噪声增加,同时对电抗器的机械强度也会产生不利的影响;当需要加入的磁路间隙很大时,可以将铁心要加入磁路间隙的部分适当分割,将间隙均分成相应等份加入的方式进行改善,如图2所示。

  但是,上述方法同时也增加了铁心的制作难度和成本。一般情况下,建议选择较高饱和磁通的铁心及调整铁心的截面积等,以便选取较大的工作磁通密度或减少匝数,降低所需的磁路间隙。

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