淺談高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)作用及其設(shè)計(jì)

    淺談高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)作用及其設(shè)計(jì)
    本文主要介紹一種大功率高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)，該大功率高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)包括磁環(huán)組、繞組、接線端子和絕緣管；其中，磁環(huán)組的組數(shù)至少為一組，每一組都是由多個(gè)合金磁粉環(huán)并疊構(gòu)成，繞組采用利茲線穿繞于磁環(huán)組，繞組通過(guò)接線端子和外部接線連接，繞組的兩個(gè)外接端均套有絕緣管。該大功率高頻電抗器工作頻率為10k～200kHz，工作電流可達(dá)1200A，冷卻方式可采用自然冷卻，使用壽命可達(dá)20年。

    一、什么是高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)？
    高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)是工作頻率超過(guò)中頻（10kHz）的電抗器，主要用于高頻開(kāi)關(guān)電源中，在變速驅(qū)動(dòng)中的整流輸入回路會(huì)產(chǎn)生電流紋波，影響變頻器的直流電容，以及在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波畸變。也有用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機(jī)中作高頻逆變電源的。

    二、高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)作用
    高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)(50/60 Hz) 可以濾平充電電流及減少諧波，兩者對(duì)于機(jī)械的可靠性和使用壽命都是重要因素。變頻器的調(diào)制輸出電壓會(huì)影響絕緣效果，在長(zhǎng)電機(jī)引線的應(yīng)用上會(huì)有問(wèn)題。同時(shí)，高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)能濾平輸出電流，降低絕緣層上的損傷，可以提供輸出頻率為50 Hz, 100 Hz and 200 Hz。

    三、高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)的特點(diǎn)
    1、高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)產(chǎn)品概述 
    高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)充分利用VP系列磁粉芯固有的分布式氣隙電磁特性和可按需求調(diào)整電磁性能的特點(diǎn)，采用了兩只一體化成型的全封閉的罐式對(duì)封式設(shè)計(jì)，可滿足高頻電流通過(guò)的特殊導(dǎo)線線圈完全封閉在罐體內(nèi)部，罐體既是封閉的磁路也自然成為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件，產(chǎn)品僅需一個(gè)非導(dǎo)磁螺栓即可完成安裝。采用特殊的低容值線圈繞制技術(shù)以及具有自主知識(shí)的絕緣封裝工藝，保證了該產(chǎn)品具有大功率、低中高頻損耗、極低噪音和無(wú)漏磁的特點(diǎn)。

    2、高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)產(chǎn)品特點(diǎn)
    高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)產(chǎn)品具有低溫升、無(wú)電磁干擾、體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)單等顯著優(yōu)點(diǎn)。電氣自主開(kāi)發(fā)的大功率金屬軟磁電抗器(串聯(lián)電抗器)特別適用于中高頻的電氣系統(tǒng)和要求低溫升、低噪音、結(jié)構(gòu)緊湊的成套設(shè)備使用環(huán)境，可以在平波和濾波電路的大部分領(lǐng)域取代取向硅鋼片、非晶電抗器(串聯(lián)電抗器)和超微晶電抗器(串聯(lián)電抗器)的使用。由于罐式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，全部電抗器(串聯(lián)電抗器)均為單相設(shè)計(jì)，在不平衡的系統(tǒng)使用時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

    四、大功率高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)的設(shè)計(jì)
    1、計(jì)算高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)的無(wú)功功率Pva=UlxI=FZl=2nfLI2，按功率的一半來(lái)選擇磁芯， 即1／2VAl= 幾IJ=2.22fB～JScSm／lO0。其中Sc(cm2)為磁芯截面積，Sm (cm )為磁芯窗口面積，f為工作頻率(Hz)，B～為負(fù)載磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)。根據(jù)電流密度(影響銅損)、磁通密度(影響鐵損)和溫升要求調(diào)節(jié)Sc與Sm間的比例。B～飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度通常選35OmT左右，即使無(wú)氣隙時(shí)磁芯也不會(huì)飽和。然后通過(guò)開(kāi)氣隙來(lái)降低磁感應(yīng)強(qiáng)度，提高溫度穩(wěn)定性。

    2、線圈匝數(shù)的計(jì)算N=U-x10000／4.44fB～Sc，其中U~為負(fù)載電流下線圈兩端的壓降(v)。

    3、電感量的計(jì)算(忽略漏感) L(H)= O.4*3.14u~N2Sc／lc／10; U磁芯交流磁導(dǎo)率，1c磁芯平均磁路長(zhǎng)度(cm)。 隨鐵芯材料、結(jié)構(gòu)型式、磁感應(yīng)強(qiáng)度B～及頻率f而變化。鐵氧體電阻率較高，其磁導(dǎo)率在允許工作頻率范圍內(nèi)不隨頻率變化。通過(guò)測(cè)試不同磁性材料和型式的鐵芯在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度和不同頻率下的電感量L，來(lái)計(jì)算磁芯的交流磁導(dǎo)率p~ Lxlcx 10 ／0．4nN2Sc．

    4、鐵芯中有氣隙時(shí)的電感計(jì)算L=0．4nN Sc／10 ／(1g+lc／ )1g為鐵芯磁路氣隙長(zhǎng)度(cm)�？蓪�(xiě)成L=0．4n~eN Sc／10 ／lce為鐵芯的有效磁導(dǎo)率 = (1+p．~lg／lc)相對(duì)氣隙長(zhǎng)度l~lc<0．5％ 時(shí)，上式有足夠的計(jì)算精度。當(dāng)lg／lc>1％ 時(shí)， 由于邊緣擴(kuò)散現(xiàn)象，氣隙導(dǎo)磁面積Sg=(a+lg／2)(b+lg／2)氣隙有效長(zhǎng)度為lg =lgxSc／Sg。當(dāng)llc>3％ 時(shí)，屬大氣隙電感，氣隙磁阻決定鐵芯磁路的整個(gè)磁阻，電感量主要取決于氣隙長(zhǎng)度。忽略漏感的電感L=0．4nN2Sc／IO ／lg’，則有效氣隙長(zhǎng)度lgI_0．4xNzSc／108，通常lg／lc>1％ 時(shí)，就認(rèn)為該高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)具有線性伏安特性，即電感量基本不變(實(shí)際上電流增加時(shí)電感量是有所增加的，只是氣隙越大電感量變化越小)。大多高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)均工作在此狀態(tài)。氣隙太大，損耗也大。核算開(kāi)氣隙后的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Brag=0．4xlN／Lg，也可變形為Bmg=IxLxSgx10000 ／Sc ／N， 在Lg／Lc較大時(shí)，計(jì)算較準(zhǔn)確。由此可見(jiàn)在氣隙一定時(shí)Bmg。cNxI(正比)，而在I和L一定時(shí)Bmg一1／Sc2N (反比)。

    綜上所述，設(shè)計(jì)大功率高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)時(shí)，可通過(guò)降低電流密度和增大線徑來(lái)降低銅損；可通過(guò)開(kāi)氣隙可降低磁感應(yīng)強(qiáng)度B～。磁芯盡可能選截面積sc大和平均磁路Lc短的磁芯，這樣在保證電感量L的情況下圈數(shù)N可以減少，相對(duì)氣隙長(zhǎng)度Lg／Lc較大，即降低了線損又降低了磁芯損耗，提高了高頻電抗器(串聯(lián)電抗器)的線性度和溫度。

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