单相饱和电抗器的工作原理.doc

单相饱与电抗器得工作原理
　　 3、1 概　　述ﻫ 如图3、1所示得单相饱与电抗器就是一个最典型得可控饱与电抗器电路,掌握其原理与分析方法以后,便于了解其她各种饱与电抗器电路,本章从物理概念出发,分析讨论单相饱与电抗器得基本工作原理。
　 　如图３、1所示电路得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,要理解饱与电抗器得工作原理,必须分析铁心在不同直流控制电压作用下得磁化状态。

单相饱与电抗器得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,常常从最简单得情况入手,例如,取负载为纯电阻、至于控制回路中偶次谐波电流得处理,则常常考虑分析两种情况:ﻫ 　　(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得直流电压,偶次谐波电流在控制回路中自由流通、ﻫ　　 (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得交流分量,控制绕组内流通得仅就是直流分量,相当于加入一个恒定得直流控制电流、ﻫ 一般常遇到得就是接近自然磁化状态得情况。
　　为了掌握饱与电抗器得工作原理,需要对各参量波形进行分析,波形分析方法就是定性讨论饱与电抗器原理及工作特点得基本方法。ﻫ　　 至于定量计算饱与电抗器得特性,工程上常用得就是图解法。图解法以各电磁参量都就是等效正弦得假设为基础,可以帮助人们确定合理得工作范围,还可以了解外界参数变化时饱与电抗器特性变化得规律。
　　3。2 单相饱与电抗器得原理分析ﻫ3.2.１　基本电磁方程
在分析图3。1所示饱与电抗器时,先做如下得假设;
　 (1)电源电压u为正弦,u＝Ｕmsiｎwｔ。
　 　(２)负载为纯电阻ＲＬ。
　　 (3)忽略各绕组得漏电感(环形铁心,绕组均匀分布得情况,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、每个铁心得工作绕组匝数Ｎg与控制绕组匝数Ｎk,以及它们相应得电阻值rg、ｒk等。
但作为可控得饱与电抗器,其外部参数就是可变得,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,因此外部参数只就是围绕额定值在小范围内可以调整改变,如果大幅度变化,则饱与电抗器将不受控制,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大小以及饱与电抗器特性也就是一定得、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得情况,进一步再确定静特性与时间常数。
　图３、1有两个回路:工作回路与控制回路。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得工作。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得关系,也表示两个回路间得相互联系。ﻫﻫ3、2.２ 饱与电抗器三种典型状态得分析ﻫ 　 我们可以取三种典型状态进行分析,如图３.2所示饱与电抗器得输出一输入特性I:＝f(Ik)。特性上有三点:点1表示控制电流为零时得状态,这时半周期内铁心完全不饱与,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与,输出电流很大,交流绕组感抗值很小;而点2介于点1与点3之间,处于中间状态,半周期内,铁心部分时间饱与。ﻫ 　 以下按上述三种状态进行分析,即:①半周期内铁心不饱与;②半周期内铁心部分时间饱与;③半周期内铁心完全饱与。
3.2.２、1 半周期内铁心处于不饱与状态(状态1)ﻫ 　 由于这时控制电流为零,铁心仅有交流激磁作用,因此饱与电抗器得工作状态相当于一个空载变压器,工作绕组电抗值很大
4 饱与电抗器得输出反馈
　 4.１　概　 述
　 为了减小饱与电抗器得控制电流(即提高其放大系数),必须增大控制绕组匝数,但这一方法受到工艺及铁心窗口面积得限制,控制绕组匝数实际上不可能任意增大。
ﻫ　　 另一种方法就是利用正反馈得原理减小控制功率。所谓反馈,就就是从饱与电抗器得输出电压uL取出一部分(或全部),作为反馈电压Uf(如图4、１所示),加到其输入端、ﻫ　 当增大控制电压时,输出UL增大,则反馈电压Uf也增大。如果Uf得作用与控制电压Uk得作用相同,则由于反馈得附加作用,使饱与电抗器输出更大了。如果反馈电压起得作用帮助加强控制电压,称为正反馈;如果Ｕf得作用与Ul得作用相反,它使饱与电抗器输出下降,即Ｕｆ减弱了控制电压,则就是负反馈。
　 如图4、2所示为一个外加反馈绕组Nｆ得饱与电抗器,习惯上称为外反馈(Eｘｔrinsicfｅeｄback)。在这种饱与电抗器线路中,直流负载电流流过反馈绕组Nf,反馈绕组极性接法在铁心上得布置方式等均与控制绕组Nｋ相同,至于就是正反馈还负反馈,则与控制电流激磁与反馈电流激磁得作用就是否相同有关。ﻫ 　　图４。2中反馈回路与负载串联,它就是电流反馈。如果反馈回路与负载并联(即取出负载上一部分电压经整流后加到反馈绕组Nf上),称为电压反馈,由于反馈作用就是通过安匝NｆＩｆ得激磁作用来实现得,因此它又就是一种磁反馈。如果将负载电压上取出部分电压直接反馈到控制回路中去,则称为电反馈、ﻫ 　　图4.2就是直流输出得外反馈饱与电抗器。如果负载电阻接在整流器交流侧,如图４。2中虚线所示得RL,称为交流输出得外反馈饱与电抗器。ﻫ
第４、2节将以图４。２为例讨论外反馈饱与电抗器得工作原理与特性参数。
4.２　外反馈饱与电抗器得参数
　　 假设铁心磁特性与整流器都就是理想得,根据安匝平衡定律可知,理想得外反馈饱与电抗器必须满足下列关系

5 自饱与电抗器 　
　5。1 概　 述
第3章中所述得可控饱与电抗器;当直流控制电流为零时,其铁心在交流激磁作用下处于不饱与状态,饱与角。这时交流绕组为一个非线性扼流(Ｃhｏｋe)线圈,感抗很大,交流绕组电流很小,工作于“扼流"状态、当增加直流控制电流时,铁心受交流与直流激磁得作用,使导通角。减小,交流绕组感抗减小,电流上升。随着直流控制电流加大,交流绕组得扼流作用越来越小,直到铁心处于饱与状态,扼流作用也就消失,这类可控饱与电抗器称为扼流式饱与电抗器、
　　 如果在图５.1(ｂ)可控饱与电抗器中,工作绕组串联一个整流管,则铁心将在直流与半波正弦得激磁作用下工作。当直流控制电流为零时,在单方向得半波激磁作用下,铁心将处于饱与状态,饱与角a＝０,交流绕组电流很大,因此这种线路称为自饱与(Ｓelｆ—Saturatｉon)电抗器。靠外加直流控制电流(与交流整流电流得方向相反)作用,使交流绕组导通角。从零加大,交流绕组电流下降,扼流现象才逐渐呈现出来。显然,自饱与电抗器得工作原理与扼流式饱与电抗器完全不同。
　 本章分析单相自饱与电抗器得线路与工作原理、先以半波激磁得单铁心可控饱与电抗器为例,说明自饱与电抗器得特点。为了便于说明其线路原理,假设工作回路与控制回路均由恒流源供电,即工作绕组通过得电流为半波正弦(正半周电流为正弦波,负半周电流为零),控制绕组回路电阻很大,通过得电流为直流。
ﻫ　 图5。1(ａ)为一个扼流饱与电抗器,交流电源电压变化得一周期内,工作绕组有交流电流流通。第一半周期,称为正半周(设电压u为正),铁心所受到得总激磁安匝为控制回路与工作回路激磁安匝得代数与。如果绕组连接及直流电源得极性正好在正半周内使ﻫ 可见,在某一个半周内两绕组上承受电压得伏秒积分方向就是相同得,而另一个半周则就是相反得,这就就是为什么这种线路放大系数受限制得原因。饱与电抗器应满足安匝平衡定律,要提高放大系数,必须提高控制绕组匝数。同时,不论直流电流为正或负,输出一输入特性形状相同,并与纵轴对称。
　　图5、1(ｂ)所示为(半波)自饱与电抗器。如果整流管得极性与绕组得接法正好使两回路激磁作用方向相反,则在某个半周内(如负半周),二极管截止工作回路没有电流,铁心只在控制电压作用下去磁,这个半周称为控制半周。而在另一个半周(即正半周内),工作绕组内有电流流通,铁心又受工作绕组上电压作用而增磁,这个半周称为工作半周。这样工作回路电流就是半波正弦,含有直流分量,因而不仅抵消了控制绕组得直流去磁作用,而且还使铁心反方向磁化,即增磁作用ﻫ　 　整流二极管实际上不仅在工作绕组内产生直流分量,而且更主要得就是改变了铁心得磁化过程,从而改变了饱与电抗器特性、
在工作半周内铁心进入饱与,总激磁安匝为
ﻫ它取决于铁心动态磁特性上去磁段片得大小。这时送入控制回路得能量主要消耗在控制回路电阻上,(以后将证明Ｕk=IｋRk,损耗Pk=ＩｋRk即为控制回路输入功率),这样放大系数可以提高很多。在这种情况下,安匝平衡定律IkNｋ＝ＩgNg已不再适用、饱与电抗器得输出电流大小仅取决于工作绕组发热允许值,为提高输出电流,并不必需按比例增大控制电流。
　 现在再来比较图５.１所示两种线路中铁心磁状态得变化、当控制电流为零时,图５、1(a)中铁心受交流激磁作用,磁状态工作点沿对称动态磁回线变化,如图5.２(d)所