并联电抗器，消弧线圈以及饱和电抗器的原理及分类

具有一定电感值的电器，通称为电抗器。现代的电抗器种类很多，应用也十分广泛。大家熟知的，利用电抗器串在线路里可以限制供电系统的短路电流，整流回路里利用电抗器进行滤波，使输出电压接近于纯的直流，具有大的电感量的线圈可以储能，作为瞬时放电的能源，有交直流励磁的铁心电抗器可作为功率放大器等。

电扰器可分为二类:一类为空心电抗器，另一类为铁心电抗器。限流用的水泥电抗器，串在高压输电线路的阻波器等均是空心电抗器。补偿超高压输电线路电容电流用的并联电抗器、滤波电抗器、消弧线圈等均是铁心电抗器。铁心电抗器的特点是有较大的电感，因为与空心电杭器相比，硅钢片具有很高的导磁系数，下面简单介绍一下几种铁心电抗器。

1.并联电杭器

现代的超高压输电系统，广泛的应用并联电抗器，补偿输电线的电容电流，防止线端电压的升高，使线路的传输能力和输电线的效率都能提高，并使系统的操作过电压有所降低。

电抗器称为心式电抗器，和一般单相心式变压器的磁路相似，仅中间铁心柱做成分段的，均匀布置有气隙bt。当中间柱的气隙逐渐加大，使总的气隙b二h时，电抗器就为7-21(b)的型式，中柱的导磁材料完全省去，一般称为带磁屏蔽的无心电抗器，或称为壳式电抗器。

假定电抗器上加有正弦的交流电压，铁心不饱和，并略去漏磁通的影晌，则间隙长度与电抗器的容盘关系可用下式表达

对于一定气隙体积来说，电抗器容量的增加与磁通密度的平方成正比，而与电执器型式无关。对于心式电杭器，磁通密度可以选定在适当的范围实际设计值在12000-16000高斯之内。为了减低电抗器的振动，一般均用较低的磁通密度。铁心中的磁通，流过气隙时，一部分垂直穿过，另一部分则由气隙外面绕过,称‘绕行磁通”，气隙过大，绕行磁通越多。绕行磁通垂直穿过硅钢片边缘时，将产生很大的涡流损耗。经研究，对于平行叠片式铁心，其边缘的附加损耗可达100瓦/公斤，超过了硅钢片标准的20-30倍。为了降低平行叠片铁心的绕行磁通，可以减低每个气隙的高度，或者降低磁通密度(B=10000高斯)。但是这些办法都不理想，较好的办法是将铁心的叠片按辐射方向排列。制成所谓辐射式铁心(图7-23),使磁通都沿硅钢片的碾轧方向通过，这样能够大辐度的减小附加损耗。

壳式电抗器正常气隙中的磁通密度为心式电抗器的一半或更低。用一般常用尺寸的导线绕制的线圈，因由祸流所引起的附加损耗很大，所以要把磁通密度B限定在3500高斯左右的范围内。但是采用换位导线时，B可以提高很多(应该算因祸流损耗引起的线圈温升)。

磁通在线圈端部引起的涡流损耗特别大，所以有时要用尺寸很小的换位导线绕制线圈的端部线匝，但是应保证磁化力沿线圈截面分布的均匀性。

壳式电抗器铁扼中的磁通密度一般取为12000高斯左右。较小的气隙总是伴随着较大的电磁力。所以对于一定容量来说，心式电抗器中引起的振动的力要比壳式电抗器大。

三相心式电抗器的容量，一般可做到50-100兆伏安，容量越大，机械振动力越大，铁心的结构则越复杂。大容量的心式电抗器，气隙周围的漏磁通变成了主要问题，如考虑不周到时，往往引起局部的铁心片严重过热。

壳式电执器与心式相比，优点是制造简单，结构上容易压紧，噪音和振动小，又因铁扼屏蔽了线圈，故外部漏磁通小，油箱及其他结构件中的附加损耗也小。虽然壳式电抗器在制造上有上述一些优点，但因线圈内无铁心，磁通密度低，欲达到一定电抗值则要比心式多用一些铜线。这样器身重量要增加，铜铁比也要增高，有效材料费用亦要增加。壳式电抗器的线圈通过磁通的辐向分量很大，所以线圈中的附加损耗往往达到线圈电阻损耗的75-100%，也大于心式电抗器。

电抗器的振动和噪音(达100分贝)是值得注意的间题，往往因机械激振使油箱的振幅过大(0.1-0.3毫米)，导致油箱焊缝破裂，所以要对油箱的结构和强度进行特殊考虑。

电抗器本身均有一个或多个自然振动频率。如果自然频率与气晾中脉动的频率(电频率的二倍)一致，就会产生机械激振。这时很可能把某些结构件振裂。一般地说，中等容童的电抗器(30-40兆伏安)，其自然频率比激振频率高得多，但是对于高压大容量的电抗器(100兆伏安左右)，如果设计时对结构不加注意，自然频率就会十分接近激振频率。

2.消弧线圈

消弧线圈系铁心电抗器的一种类型，它均安装在系统之中点，作为补偿线路一相对地闪络时的电容电流，因此称消弧线圈。

在我国电力系统中，35, 60千伏的电压等级，中性点都不接地，当大气过电压(自然中的雷电现象会产生大气过电压)发生时，有可能使某一相绝缘子对地闪络放电。一般雷电持续的时间很短暂，只要这种闪络不引起持续性的工频电弧，输电线路仍可照常供电，并不因此而受到影响。能否产生工频电弧放电，这与流过闪络弧道的电容性工频电流有关。对于每~电压级次都有一个临界电流，电流超过临界值时，持续性的工频电弧就会建立起来。

由于供电线路的切换操作，使线路长度有所改变，线路的电容电流也有所改变，因此消弧线圈都设有分接头，调节分接头可以改变消弧线圈的电感值，即可得到不同数值的补偿电流.

除输电线路接消弧线圈之外，在6, 10千伏的发电机中点上亦接入消弧线圈作为单相接地时的保护。其补偿电流IL按发电机线圈对地电容.电流的数值选择。

在60千伏级的消弧线圈还设有额定电压为6.6千伏的副线圈。剔线圈的作用是当主线圈有工作电流通过时，副线圈能感应出空载端电压，以供当线路上发生持久性接地故障，消弧线圈本身不能自动消灭故障时，检查故障地点用。副线圈一端接地，另一端a单独用瓷套引出，并经过附加电阻箱和闸刀(短路)开关接地。使用时将短路开关推上，消弧线圈的主线圈即因副线圈的短接而电流增大。因副线圈是检夜故障地点用，所以在其额定电流下，工作时间只允许30秒。

大部分6千伏和10千伏的电缆网路的电容电流有100-150安。在这种网路上，可各装设二种消弧线圈，6千伏网路装175和350千伏安的，10千伏网路则装300及600千伏安的。

接在变压器中性点上的消弧线圈，运行时是变压器的一个单相感性负载。消弧线圈工作时，补偿电流在变压器接地一相线圈内产生电压降，相应的抵消了接在中性点上的消弧线圈的一部分容ao

从消弧线圈的容量利用和网路接地时额外发热这二点上看，连接消弧线圈的变压器最好采用Y的线圈连接方式。

星形中的接地线圈的补偿电流所产生的磁化力，实际上是被变压器同一铁心中的三角形供电线圈的磁化力所完全抵消。不会在铁心的周围和汕箱壁中产生附加磁通。

当负载一侧网路接地时，一相线圈流有补偿电流，并在一次线圈间的分配是不均匀的。接地这一相的一次线圈中的电流，平均分配到没有故障的两相线圈中。在没有故障的两相中，只有一次线圈内有电流流过。所有铁心的磁通，要经过上下铁扼至油箱的空隙和油箱本体成一个回路。这种有害的磁通，使变压器油箱外壳变成了一个此之外，铁心内附加的这些磁通，在线圈内会诱起自感电势，它限制了补偿电流。因此，将消弧线圈接在Y/Y连接方式的变压器上是不好的。

应当指出，决不允许将消弧线圈连接到Y/Y连接方式的壳式变压器和三相组变压器上去。因为这些变压器内不均衡的附加磁通，在铁心内有很好的反回磁路。

对于故障的这一相来说，变压器就变成了一个扼流圈，其有闭合的无空隙的磁路，因此电抗很大。既然这个电抗比起消弧线圈(火其铁心是有空隙的)来要大很多，所以零序电压实际上就全部落在接地的这一相中，使消弧线圈上的电压变得非常小。这样通过故障点的电感电流，主要决定于变压器线圈的这个很大的电抗了。这时的网路运行方式就接近于中性点不接地的网路运行方式.

消弧线圈整定到最大补偿电流时，根据发热条件，其运行时间不超过二小时，在补偿电流为最小值时，可连续运行。

3.饱和电抗器

变压器在工作时，铁心中的磁通都是交变的，即仅有交流励磁。如果在铁心上除交流励磁外再加上直流励磁，这时铁心励磁特性将有很大的改变。饱和电抗器就是基于这种条件下制成的，和变压器有相同之处，又有不同之处。山于硅整流元件的迅速发展，饱和电抗器的应用越来越广泛。

饱和电抗器的主要用途如:调节电炉和电热装置的温度，调节照明，均匀调整电压，作为限流电抗器，稳定交流电压。电动机的调速，作为无触点的继电器。

饱和电抗器作为电压调整器时，能实现无级调压，但是饱和电抗器需要直流控制电源。而作为电气信号中的执行元件用时，则有较大的惯性(与电子元件相比)。

允许把饱和电抗器看成是一个可控制的阻抗，但是它是一种非线性的电器，不能把近似线性的电抗器的概念来解释饱和电抗器，而用向量图表示也会造成错误印象。

由上面的分析，可得一个结论:即饱和电抗器交流回路电流的大小，取决于直流控制电流I的大小。负载电压和功率亦如此。

单铁心电抗器实际上都不采用，因为交流电流的波形不对称于时间轴，波形畸变(存在奇次和偶次谐波电流)。另外交流电流所产生的交变磁通将在直流线圈中产生很高的感应电势，此电势叠加在直流电源上，影响控制特性。基于这些原因，实际应用的饱和电抗器都采用双铁心的结构。

双铁心结构的饱和电抗器,交流线圈串联或并联，则两个铁心的交变磁通，在直流控制线圈中感应的电动势，大小相等，方向相反，消除了直流线圈中的交流电动势。

文章来源：

http://www.lcbyqc.com/

http://www.byqcj.com/

http://www.reahogroup.com/

并联电抗器，消弧线圈以及饱和电抗器的原理及分类