单相交流电抗器的工程设计_精品.doc

《单相交流电抗器的简易工程设计》
杜保明 .
内容提要:本文结合产品的工程设计和生产的经验,举例介绍电抗器的铁心选用,线圈设计,
磁路间隙,铜损和铁损的概算,温升的测算方法等。
关键词:单相交流电抗器,铁心,线圈,磁路间隙,铜损,高周波铁损概算,温升测算,
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。
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;
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;
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;
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;
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 = A;
额定工作电流时的电感量:L = ±3%;
饱和电流(最大电流):Ip = ;
饱和电流时的电感量:Lpm ≥ L×99%;
调制开关频率和电流:f = 8000Hz;If = ;
高次谐波频率和电流:
f±2×50
2×f±50
2×f±3×50
3×f
3×f±2×50





绝缘耐压:AC kV 1分钟; 绝缘电阻:DC1000V 100MΩ以上;
绝缘等级:H 级;
负荷状态:100% 连续; 使用的回路电压:AC 415V
安装,使用环境和温度:室内机柜中,卧式,电抗器平均周温 45℃;
冷却条件和允许温升:前-后风速2m / s , 温升75℃以下(电抗器温度最高120
℃);
体积:L ≤195mm,W≤105mm,H ≤165mm。
根据以上给出的电抗器的各项电气参数值和温升等指标要求,按照所列步
骤进行选择和计算:
电抗器的功率容量:
P = 2×π×f×L×I2 = ①
2。铁心的选择:
2-1根据电抗的用途和体积要求,初选铁心为ZH90-,双线圈方式,即铁心的每一边承担功率容量的一半,铁心的截面积大致为:
Sc = k×(P / 2) ②
≈1×(P / 2)
≈ cm2
2-2 铁心的形状尺寸和参数:
材质:Z9-
a
b
c
d
e
f
r
40
35
90
60
115
170
2

c f

占积率:
有效截面积:Sc = a×d× = (cm2)
a b a 平均磁路长度:Le = (cm)
e d 比重:~ 铁心重量:~ kg
(注意:如果在以下步骤的设计计算中发生铁心尺寸不合,应以于调整。)
3。线圈绕组匝数的计算:
为了不使铁心在通过最大电流(饱和电流)时发生磁饱和,额定电流下的铁心磁通密度应适当的低,并使计算出的匝数尽可能为整数匝;本例初选工作磁通密度为Bm = T,绕组匝数的计算可按下式进行:
N ’= (E×104)/(×Bm×f×Sc) ③
= (2×π×fo×L×I×104)/(×Bm×f×Sc)
= (Ts)
取 N = 68(Ts);
采用串联方式,每个线圈34匝。
:
4-1为避免铁心在大电流流过线圈时发生磁