鐵心式并聯(lián)電抗器局部過熱振動問題

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1、鐵心式并聯(lián)電抗器局部過熱振動問題鐵心并聯(lián)電抗器的中心問題是漏磁問題和鐵心特殊問題。由此帶來的易發(fā)生局部過熱問題和振動可能較大問題，迄今為止仍號稱鐵心電抗器的兩個世界性難題。要解決這兩個問題，所涉及的基礎(chǔ)學科和研究領(lǐng)域很深很廣，難度很大，造成并聯(lián)電抗器產(chǎn)品技術(shù)會含量高。但為了為用戶提供安全可靠的產(chǎn)品，這些基礎(chǔ)研究和關(guān)于磁化特性的前沿研究必須深入進行。1.鐵心電抗器發(fā)生局部過熱的根源大量值的漏磁通在鐵心夾件和緊固件、油箱鋼板中流通，產(chǎn)生大量值的渦流損耗，造成局部過熱。2.造成鐵心電抗器漏磁通大的根本原因鐵心電

2、抗器特殊結(jié)構(gòu)決定了其本質(zhì)是漏磁通特別大。一個簡單的空心線圈就是一臺簡單的電抗器。其電感為：L=0.32W2Rp2×10-3/(6Rp+9hr+10Bk)其中：L－電感，mh；W－繞組匝數(shù)；Rp－平均半徑，cm；hr－電抗高度，cm；Bk－繞組平均厚度，cm；當然所遵從的規(guī)律是電感定義和法拉第電磁感應定律。由電感定義ψ＝LI得其中Rμ成為磁阻，表達式與電阻公式R＝ρl/S相似。由上式可以看出電感除了與繞組匝數(shù)有關(guān)外，還與磁路特性有關(guān)。由此人們想到在空心線圈插入鐵磁物質(zhì)――15鐵心，由于其導磁率大，使磁阻變小

3、，則該線圈可提供更大的電感，這是鐵心電抗器的由來。另一方面，由于硅鋼片的導磁率μ隨磁密的變化而變化，在交流電激磁的情況下，插入的鐵心必須帶有氣隙，才能使鐵心電抗器具有穩(wěn)定的電感、電抗和容量。下面是兩臺理想電抗器器身結(jié)構(gòu)示意圖，圖9所示電抗器是將圖8所示電抗器的鐵心柱分段帶有氣隙得到的，其它不變。假設(shè)這兩臺理想電抗器的電磁參數(shù)各處均勻，則這兩臺電抗器有相同的參數(shù)如下：主磁路回路總長l、硅鋼片導磁率μ、繞組匝數(shù)W、激磁電流I、鐵心柱及鐵心餅的有效面積S。有不同的參數(shù)如下：圖8中：鐵心中磁通密度B1，磁場強度H

4、1，主磁通φ1，漏磁通φ2，主磁通激磁電流I1，漏磁通激磁電流I2；圖9中：鐵心餅及鐵軛中磁通密度B2、磁場強度H2、主磁回路中硅鋼片部分總長，氣隙部分：總長δ、有效面積S＋ΔS、導磁率μ0、磁通密度B3、磁場強度H3。圖9中主磁通φ3，漏磁通φ4，主磁通激磁電流I3，漏磁通激磁電流I4,下面來討論這種結(jié)構(gòu)變化造成了什么結(jié)果：15圖8、圖9總激磁磁勢不變，都等于IW，總激磁磁勢＝主磁通激磁磁勢＋漏磁通激磁磁勢。而圖9與圖8漏磁通回路是一樣的，如果忽略主磁通回路的變化對漏磁回路的微弱影響，則φ1≈φ2。于是

5、兩圖的主磁通激磁磁勢相等。即：圖8中F總＝IW＝I1W+I2W圖9中F總＝IW＝I3W＋I4W對圖8主磁通回路應用全電流定律I1W＝H1dl＝H1l―――①對圖9主磁通回路應用全電流定律，并注意圖9中鐵心餅與氣隙流過同一主磁通，得出I3W＝Hdl＝H2（l－δ）＋H3＝B2（l－δ）/μ＋B3δ/μ0――②由于氣隙與鐵心餅流通的是同一磁通―――主磁通φ3，所以：B2＝φ3/(S)B3=φ3/(S+ΔS)在工程中ΔS約為S的十分之一，所以S＋ΔS≈S，B3≈B2式②可寫成I3W＝B2（l－δ）/μ＋B2δ/

6、μ015由于硅鋼片的導磁率是空氣的兩萬倍，μ＝20000μ0，（l－δ）＝（10～40）δ所以上式中第一項遠遠小于第二項，可寫成I3W＝φ3δ/（Sμ0）即式②可寫成I3W＝H3δ―――③式③的物理意義在于：帶氣隙的鐵心電抗器的主磁通激磁磁勢幾乎全部消耗在氣隙上。而氣隙的導磁率為恒定值μ0＝4π×10-7，這使得電感為恒定值；而漏磁回路中相當于空氣的部分占得更多，所以漏電感更穩(wěn)定。主電感、漏電感都穩(wěn)定使總電感穩(wěn)定。因此氣隙使電抗器獲得穩(wěn)定得電感、電抗、容量。氣隙是鐵心電抗器必須的。即使象飽和電抗器和自飽和

7、電抗器這樣沒有氣隙的鐵心電抗器，由于其鐵心的工作磁通密度在飽和區(qū)，相當于有一定長度的氣隙段。下面來討論鐵心電抗器帶氣隙后，電感、電抗、容量有何變化。圖8主電感L1主＝W2μS/l，圖9主電感L2主＝W2/[(l－δ)/（μS）＋δ/（μ0S）]圖9主磁通回路的磁阻是鐵心磁鋼片段和氣隙段的磁阻的串聯(lián)：Rμ2＝（l－δ）/（μS）＋δ/（μ0S）≈δ/（μ0S）所以L1主/L2主＝Rμ2/Rμ1＝μ/μ0≈20000倍，因此帶氣隙后，主電感降低為無隙的1/20000，導致總電感急劇降低。電抗X＝ωL＝2πfL

8、也急劇降低，容量S＝I215X也急劇降低。為了使帶氣隙的電抗器的容量維持原值，必須增大總激磁磁勢IW，在I不變的情況下增大W。一般情況下，如果維持鐵心直徑不變，繞組匝數(shù)需提高至原值的2.5到3倍。于是漏磁通不變的狀況也被打破：因為在總激磁磁勢增加時，漏磁激磁磁勢也在增加，漏磁阻不變，所以漏磁通也變?yōu)樵瓉淼?.5至3倍。另一方面同容量的電抗器與變壓器相比，也能說明電抗器的漏磁通特別大。根據(jù)法拉第電磁感應定律，變壓器一二次繞組總是