【正文】 應(yīng)用范圍。在這些運行損耗中，除 了 繞組的電阻損耗之外，電抗器的損耗都是由 磁通 所產(chǎn)生的 。 隨著工業(yè)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展， 20 世紀 40 年代時期，飽和電抗器作為放大元件的一種得到了較大發(fā)展。歐美等國家隨著高壓直流輸電以及高壓、超高壓交流輸電的發(fā)展，也認識到了可控電抗器巨大的發(fā)展前景，開始著手研究可控電抗器，在國內(nèi)，科研院所和專家學(xué)者也展開了可控電抗器的研究工作，并取得了巨大的成果以及眾多的寶貴經(jīng)驗。 表 11 可控電抗器基本類型及特點 Table 11 Basic type and characteristic of controllable reactor 利用自身參數(shù)調(diào)節(jié) 類型 特點 調(diào)匝式 原理簡單實現(xiàn)方便但不能連續(xù)調(diào)節(jié) 調(diào)磁導(dǎo)式 調(diào)氣隙式 震動噪聲大，很難實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié) 直流磁控式 偏磁式 需外加直流電源，連續(xù)可調(diào) 磁閥式 不需外加直流電源，連續(xù)可調(diào) 正交鐵芯式 不需外加直流電源，連續(xù)可調(diào) 依靠輔助調(diào)節(jié)措施 開關(guān)投切式 原理簡單，不產(chǎn)生諧波，不能連續(xù)可調(diào) 電力電子開關(guān)控制式 TCR 型 低次諧波含量大，須配備濾波器，連續(xù)可調(diào) PWM 型 不產(chǎn)生低次諧波，成本高、控制復(fù)雜，容量較小 逆變器控制式 容量受開關(guān)器件限制，價格昂貴 本文的主要工作 （ Main Study Contents of This Thesis） 本文主要研究內(nèi)容可以分為以下幾個方面： 介紹可控電抗器的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)有無功補償裝置的優(yōu)缺點，分析磁閥式可控電抗器在無功補償方面的優(yōu)勢。 工作鐵芯長度為鐵芯有效長度減去圖中的小截面長度 l 。i 39。i39。圖 22 給出了 磁閥式可控電抗器 的電路圖 ， 在 晶閘管不 觸 發(fā) 導(dǎo)通 的情況下 ， 可控電抗器的為空載，從 繞組結(jié)構(gòu)的對稱性 可得出，此時的 電抗器 無異于一 空載變壓器。 改變控制電流的大小 可以通過 改變 兩晶閘管 的觸發(fā)角 實現(xiàn) ， 從而達到 改變電抗器飽和度的 目的。39。 （ 2） 最基本的工 作原理都是通過控制 直流電流 達到 鐵芯飽和度的 控制 ， 從而對 電抗器容量 實現(xiàn) 連續(xù)、平滑 地 調(diào)節(jié)。在其余情況下， 在 面積為 SSl的空氣隙 中 將有部分磁力線 穿 過；其余磁力線通過鐵芯 的 小截面段，前 一部分 是線性磁阻，后 一部分 是非線性磁阻。 為方便 推導(dǎo)磁控電抗器的數(shù)學(xué)模型， 做出以下的假設(shè) ： （ 1） 采用的 二極管 和 晶閘管 都是 理想 的 ， 也就是在 它們截止時 有 無窮大電阻 ， 導(dǎo)通時 的 電阻壓降為零 ； （ 2） 用 B B2 分別 表示 兩個半鐵芯中的磁感應(yīng)強度，方向分別與其對應(yīng)電流滿足右手螺旋關(guān)系。對不同容量的電抗器只討論其基波電流幅值與該容量下諧波電流幅值的百分比是沒有任何意義的。圖中給出了晶閘管不同導(dǎo)通角度下電壓電流關(guān)系曲線，縱坐標是電壓幅值的標幺值，橫坐標是電流幅值的標幺值。mE?/標幺值mI?/ 標 幺 值 圖 27 伏安特性 Figure 27 Voltampere characteristic 控制特性 可控電抗器在其額定的正弦電壓下，觸發(fā)角與基波電流幅值的變化關(guān)系稱為其控制特性 [25]。 有功損耗 通過 大量數(shù)值計算及實測數(shù)據(jù)， 磁閥式 可控電抗器 只有其 抽頭比 δ 與其 有功損耗 有關(guān)系，兩者之間的關(guān)系 如下式所示 [26]： 4(1 )PQ? ???δ (229) 由此可知，可控電抗器的抽頭比越小，其有功損耗也就越小。 磁閥式可控電抗器的磁路結(jié)構(gòu)的變化對其小截面段的橫向磁場有重大影響，橫向磁場的減弱會 使 磁閥式可控電抗器的附加損耗 得到降低 。最后從理論推導(dǎo)及公式方程上得出了磁閥式可控電抗器諧波特性、伏安特性、控制特性等 工作特性 。1 . 00 . 80 . 60 . 4 0 . 20導(dǎo) 通 觸 發(fā) 角 α基波電流標幺值 圖 28 磁閥式可控電抗器控制特性圖 Figure 28 Control characteristic diagram of magicvalve controlled reactor 磁閥式可控電抗器的基波電流為： 1 ( si n ) / 2I ? ?? ? ? (227) 晶閘管導(dǎo) 通觸發(fā)角 ? 與飽和度β的關(guān)系如下： 2c o s ( sin c o s ) 12 2 2? ? ?? ? ? ?? (228) 磁閥式可控電抗器的觸發(fā)角 ? 與其電流幅值關(guān)系是明顯非線性的，近似余弦碩士學(xué)位論文 16 關(guān)系。 3 6 176。 伏安特性 改變可控電抗器的電源電壓 [22]，可以得到其電壓與電流的關(guān)系曲線，即為電抗器的伏安特性。 工作特性 （ Working characteristics） 諧波特性 可控電抗器的磁感應(yīng)強度由鐵芯和工作繞組的對稱性可知有如下的關(guān)系 [20]： 1221( ) ( )( ) ( )B t B tB t B t? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? (222) 一般情況下，磁感應(yīng)強度是非正弦的，為不失一般性，可假設(shè) 1B 有如下形式： 1 1 1 2 2 3 3( ) c o s( ) c o s( 2 ) c o s( 3 ) ... ...d m m mB t B B t B t B t? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(223) 碩士學(xué)位論文 14 則得出 2B 可有以下形式： 2 1 1 2 2 3 3( ) c o s( ) c o s( 2 ) c o s( 3 ) ... ...d m m mB t B B t B t B t? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(224) 由 圖 26 可知，控制繞組的感應(yīng)電勢為： 1 1 2111 2 2 4 4()[ 4 s i n ( 2 ) 8 s i n ( 4 ) . . . . . . ]2ymmd B d B d BeSd t d t d tdBN S B t B tdt??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (225) 由上式可知，由于磁閥式可控電抗器控制回路繞組的反串聯(lián)，奇次諧波是相互抵消的，諧波分量只有偶次的，從而削弱了感應(yīng)電勢，其中最主要的是兩倍頻率的交流分量。 數(shù)學(xué)模型 （ Mathematic model） 在電源電壓 U sinmEt??的一個工頻周期內(nèi)，磁閥式可控電抗器輪流觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管 T1 和 T2 產(chǎn)生直流控制電流， 對 觸發(fā)控制角 進行 調(diào)整就可以改變控制電流大小 ， 從而 將 鐵芯的磁飽和度 改變 ， 實現(xiàn) 電抗器容量的平滑調(diào)節(jié)。從而可以 用 圖 24(a)表示簡化后的 磁路系統(tǒng) ，由圖可知， 電抗器的磁路結(jié)構(gòu) 是 “ 閥式 ” 的 ，當(dāng)小截面段鐵芯完全進入飽和狀態(tài)時，可看成關(guān)閉 了 磁閥門，2 磁閥式可控電 抗器的工作原理及數(shù)學(xué)模型 9 是最大磁阻 的 狀態(tài)，這種情況下，整個磁路與長度為 l ，面積為 S 的空氣隙相似，這樣的話，面積為 S 的鐵芯段處于 線性 不飽和 狀態(tài)。 通過以上分析可知 ，磁閥式可控電抗器的工作 繞組和 控制繞組 是 合并 在一起的 ， 這樣能夠降低 損耗， 且 結(jié)構(gòu)簡化。i (約為 i 的一半 ) 以及 直流控制電流 39。 在電源負半碩士學(xué)位論文 8 周 時 ，晶閘管 2T 接收觸發(fā)脈沖后導(dǎo)通， c、 d 點電位相同， 圖 23（ b）給出了晶閘管導(dǎo)通時的等效電路圖 。ki,cdaefb1 /2N1 /2N1 /2N1 /2Ni i（ a ） T 1 導(dǎo) 通 （ b ） T 2 導(dǎo) 通 圖 23 晶閘管導(dǎo)通等效電路 Figure 23 Equivalent circuit diagram of thyristor conduction 利用電網(wǎng)電壓 通過 自耦變壓后 從 晶閘管整流 可以得到磁閥式 可控電抗器的控制電源， 這樣對 節(jié)省材料和減少損耗 都是有利的 。i 39。39。 對優(yōu)化后的新型磁控電抗器采用 MATLAB 仿真，根據(jù)仿真結(jié)果分析電抗器無功補償效果。 三、 改進 現(xiàn)有的磁閥式可控電抗器， 把 飽和段 加長 以避免磁力線過于集中，達到 降低振動和噪音 的作用 。前蘇聯(lián)專家于 1986 年提出了一種新型的磁閥式可控電抗器，這標志著飽和式可控電抗器的研究有了突破性的進展。 在 無功補償裝置安裝 之后 ，在很多 情況下能使系統(tǒng) 擴容 倍， 可以實現(xiàn)將 擴容 的 開支 大幅度地降低 。 對于 可控電抗器 進行 性能改善 時，就會與 新工藝、新材料的發(fā)展有密切的聯(lián)系。 可控電抗器有著各種不同的結(jié)構(gòu)，性能也各不相同。在電力系統(tǒng)中裝設(shè)無功補償裝置 [1]，可以降低線 路 損 耗 ，提高功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力和供電質(zhì)量。 51 圖 516 δ=， α=150176。 Dissertation Date Collection...................................................................................... 57 V 圖清單 List of figures 圖序號 圖名稱 頁碼 圖 21 磁閥式可控電抗器的原理接線圖 6 Figure21 Diagram for connection of magicvalve controlled reactor 6 圖 22 磁閥式可控電抗器的電路圖 7 Figure22 Circuit diagram of magicvalve controlled reactor 7 圖 23 晶閘管導(dǎo)通等效電路 7 Figure23 Equivalent circuit diagram of thyristor conduction 7 圖 24 可控電抗器的磁路分析 9 Figure24 Magic circuit analysis of controllable reactor 9 圖 25 磁閥式可控電抗器工作狀態(tài)過程 12 Figure25 Working process transformation 12 圖 26 磁閥式可控電抗器等效電路圖 13 Figure26 Equivalent circuit diagram of magicvalve controlled reactor 13 圖 27 伏安特性 15 Figure27 Voltampere characteristic 15 圖 28 磁閥式可控電抗器控制特性圖 15 Figure28 Control characteristic diagram of magicvalve controlled reactor 15 圖 31 常見的鐵芯結(jié)構(gòu) 17 Figure31 Structures of normal cores 17 圖 32 直流激磁電路圖 19 Figure 32 DC exciting circuit 19 圖 33 不同控制電壓下 Bd 的變化情況 19 Figure33 Transformation of Bd under different control voltages 19 圖 34 LC 振蕩回路 20 Figure34 LC resonance circuit 20 圖 35 移相變壓器示意圖 23 Figure35 Diagram of phaseshifting transformer 23 圖 36 移相變壓器一、二次繞組電流相量圖 24 Figure36 Current vector of first and second side in phaseshifting transformer 24 圖 37 三相移相電抗器的繞組接線圖 24 Figure37 Winding connection diagram of threephase shifting transformer 24 圖 38 移相電抗器工作原 理示意圖 25 Figure38 Working principle diagram of phaseshifting reactor 25 圖 39 移相電抗器的電壓相量圖 25 Figure39 Voltage vector diagram of phaseshifting reactor 25 圖 41 新型可控電抗器原理圖 28 Figure 41 Schematic diagram of new type controllable reactor 28 圖 42 小截面 段等效為大截面段的等效磁路 30 Figure 42 Magic route of small section equal to big section 30 VI 圖 43 雙級飽和可控電抗器鐵芯結(jié)構(gòu) 31 Figure 43 Structure of two cla