铁心式并联电抗器局部过热振动问题

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1、铁心式并联电抗器局部过热振动问题铁心并联电抗器的中心问题是漏磁问题和铁心特殊问题。由此带来的易发生局部过热问题和振动可能较大问题，迄今为止仍号称铁心电抗器的两个世界性难题。要解决这两个问题，所涉及的基础学科和研究领域很深很广，难度很大，造成并联电抗器产品技术会含量高。但为了为用户提供安全可靠的产品，这些基础研究和关于磁化特性的前沿研究必须深入进行。1.铁心电抗器发生局部过热的根源大量值的漏磁通在铁心夹件和紧固件、油箱钢板中流通，产生大量值的涡流损耗，造成局部过热。2.造成铁心电抗器漏磁通大的根本原因铁心电抗器特殊结构决

2、定了其本质是漏磁通特别大。一个简单的空心线圈就是一台简单的电抗器。其电感为：L=0.32W2Rp2×10-3/(6Rp+9hr+10Bk)其中：L－电感，mh；W－绕组匝数；Rp－平均半径，cm；hr－电抗高度，cm；Bk－绕组平均厚度，cm；当然所遵从的规律是电感定义和法拉第电磁感应定律。由电感定义ψ＝LI得其中Rμ成为磁阻，表达式与电阻公式R＝ρl/S相似。由上式可以看出电感除了与绕组匝数有关外，还与磁路特性有关。由此人们想到在空心线圈插入铁磁物质――15铁心，由于其导磁率大，使磁阻变小，则该线圈可提供更大的电感，

3、这是铁心电抗器的由来。另一方面，由于硅钢片的导磁率μ随磁密的变化而变化，在交流电激磁的情况下，插入的铁心必须带有气隙，才能使铁心电抗器具有稳定的电感、电抗和容量。下面是两台理想电抗器器身结构示意图，图9所示电抗器是将图8所示电抗器的铁心柱分段带有气隙得到的，其它不变。假设这两台理想电抗器的电磁参数各处均匀，则这两台电抗器有相同的参数如下：主磁路回路总长l、硅钢片导磁率μ、绕组匝数W、激磁电流I、铁心柱及铁心饼的有效面积S。有不同的参数如下：图8中：铁心中磁通密度B1，磁场强度H1，主磁通φ1，漏磁通φ2，主磁通激磁电流

4、I1，漏磁通激磁电流I2；图9中：铁心饼及铁轭中磁通密度B2、磁场强度H2、主磁回路中硅钢片部分总长，气隙部分：总长δ、有效面积S＋ΔS、导磁率μ0、磁通密度B3、磁场强度H3。图9中主磁通φ3，漏磁通φ4，主磁通激磁电流I3，漏磁通激磁电流I4,下面来讨论这种结构变化造成了什么结果：15图8、图9总激磁磁势不变，都等于IW，总激磁磁势＝主磁通激磁磁势＋漏磁通激磁磁势。而图9与图8漏磁通回路是一样的，如果忽略主磁通回路的变化对漏磁回路的微弱影响，则φ1≈φ2。于是两图的主磁通激磁磁势相等。即：图8中F总＝IW＝I1W+

5、I2W图9中F总＝IW＝I3W＋I4W对图8主磁通回路应用全电流定律I1W＝H1dl＝H1l―――①对图9主磁通回路应用全电流定律，并注意图9中铁心饼与气隙流过同一主磁通，得出I3W＝Hdl＝H2（l－δ）＋H3＝B2（l－δ）/μ＋B3δ/μ0――②由于气隙与铁心饼流通的是同一磁通―――主磁通φ3，所以：B2＝φ3/(S)B3=φ3/(S+ΔS)在工程中ΔS约为S的十分之一，所以S＋ΔS≈S，B3≈B2式②可写成I3W＝B2（l－δ）/μ＋B2δ/μ015由于硅钢片的导磁率是空气的两万倍，μ＝20000μ0，（l－δ

6、）＝（10～40）δ所以上式中第一项远远小于第二项，可写成I3W＝φ3δ/（Sμ0）即式②可写成I3W＝H3δ―――③式③的物理意义在于：带气隙的铁心电抗器的主磁通激磁磁势几乎全部消耗在气隙上。而气隙的导磁率为恒定值μ0＝4π×10-7，这使得电感为恒定值；而漏磁回路中相当于空气的部分占得更多，所以漏电感更稳定。主电感、漏电感都稳定使总电感稳定。因此气隙使电抗器获得稳定得电感、电抗、容量。气隙是铁心电抗器必须的。即使象饱和电抗器和自饱和电抗器这样没有气隙的铁心电抗器，由于其铁心的工作磁通密度在饱和区，相当于有一定长度的

7、气隙段。下面来讨论铁心电抗器带气隙后，电感、电抗、容量有何变化。图8主电感L1主＝W2μS/l，图9主电感L2主＝W2/[(l－δ)/（μS）＋δ/（μ0S）]图9主磁通回路的磁阻是铁心磁钢片段和气隙段的磁阻的串联：Rμ2＝（l－δ）/（μS）＋δ/（μ0S）≈δ/（μ0S）所以L1主/L2主＝Rμ2/Rμ1＝μ/μ0≈20000倍，因此带气隙后，主电感降低为无隙的1/20000，导致总电感急剧降低。电抗X＝ωL＝2πfL也急剧降低，容量S＝I215X也急剧降低。为了使带气隙的电抗器的容量维持原值，必须增大总激磁磁势I

8、W，在I不变的情况下增大W。一般情况下，如果维持铁心直径不变，绕组匝数需提高至原值的2.5到3倍。于是漏磁通不变的状况也被打破：因为在总激磁磁势增加时，漏磁激磁磁势也在增加，漏磁阻不变，所以漏磁通也变为原来的2.5至3倍。另一方面同容量的电抗器与变压器相比，也能说明电抗器的漏磁通特别大。根据法拉第电磁感应定律，变压器一二次绕组总是