磁饱和式可控电抗器原理介绍
磁饱和式和变压器式可控并联电抗器
磁饱和式和变压器式可控并联电抗器1引言无功平衡是电网安全、可靠、经济运行的重要保证，对于超高压长距离输电网尤其如此。
由于传统并联电抗器SR（Shunt Reactor）的功率不能自动连续平滑调节，它不能很好满足超高压长距离输电网无功平衡的需要。
而对于静止晶闸管补偿器STC（Static Thyristor Compensator），由于其技术复杂、造价昂贵、维护困难而不易在诸如俄罗斯、中国和印度等欠发达国家大量使用[1]。
有文献指出[2]，SR只应在已建成的容量有限的传统电网中使用，而进一步研制STC的工作应被停止。
可控并联电抗器CSR（Controllable Shunt Reactor）具有功率自动连续平滑调节的固有特点，能在很短的时间内，从空载功率调节到额定功率，因此，在超高压长距离输电网中广泛使用CSR能够显著减少线路空载（轻载）损耗，提高电网可靠性和优化电网运行状况。
有文献建议[2]，在新建的电网中应该广泛使用CSR，另外，CSR也可用作消弧线圈。
2CSR的工作原理和分类图1为三相组式CSR的接线和工作原理图。
电压互感器和电流互感器对电网功率和电压的变化进行检测，当它们发生变化时，控制器给出控制信号，使变流器驱动CSR随着电网功率和电压的变化而平滑快速改变自己的输出无功，从而使电网无功总是达到平衡，电压水平维持在规定的范围内。
输电线图1 三相MCSR的单线接线图大致来分，CSR有磁饱和式可控电抗器（MCSR：Magnetic Saturation Type Controllable Shunt Reactor）和变压器式可控电抗器（TCSR：Transformer Type Controllable Shunt Reactor）两大类。
3磁饱和式可控电抗器MCSRMCSR是基于磁放大器原理工作的，图2是它的工作原理图[3]。
如图所示，当两个晶闸管都不导通时，可控电抗器工作于空载状态。
当两个晶闸管在电源正负半周里依次导通和关断时，就可在绕组回路里产生相应的直流环流，直流环流的大小取决于晶闸管导通角的大小。
磁饱和可控电抗器特性研究
磁饱和可控电抗器特性研究对磁饱和可控电抗器进行了理论分析，推导了数学模型，建立了仿真模型，在Matlab/Simulink中进行实例仿真，仿真结果表明理论分析的正确性，基于ansys 软件建模分析讨论了两种载荷情况下，对磁饱和可控电抗器的磁阀处铁芯磁场分布的影响。
标签：磁饱和可控电抗器；工作电流；ansys；仿真1 引言电网中的无功平衡对改善全网供电质量至关重要，是电力系统的重要任务之一，因而实现对电网的无功补偿成为是电力系统需要解决的关键技术问题，在高压线路中安装可控电抗器进行动态补偿是协调过电压和无功平衡问题的好方法[1-3]。
在众多的可控电抗器中，磁饱和式可控电抗器（magnetically saturation controlled reactor，MSCR）以其成本低、性能高，能够平滑调节系统的无功功率，提高系统的输电能力和稳定性的优点[4-5]，而受到广泛的关注。
本文基于基本磁化曲线建立了MSCR的数学模型，通过仿真分析，探讨了MSCR的工作电流状态，采用ansys分析了MSCR磁阀结构铁心磁场的分布。
2 MSCR结构及数学模型MSCR电抗器的结构原理如图1所示。
其中，绕组匝数N1+ N2= NA=0.5N，抽头匝比为δ =2 N2/N，ua为施加的交流工作电压，i为电抗器的工作电流，RA 为NA匝绕组对应的电阻值。
在这里，采用基本磁化曲线表示B与H的关系。
用简化的两段折线表示硅钢片磁化曲线，设Bs为铁芯对应的饱和磁感应强度，Hs为此时对应的饱和磁场强度。
则可得：设tanα1= Hs /4Bs，tanα0= 1/μ0，B=f （H）曲线可以用下式描述：3 实例及仿真分析根据上述数学过程，对电抗器参数[8]：额定容量SAN= 60.044 MV·A；额定电压UAN=kV；额定频率fN= 50 Hz；绕组电阻RA= 40Ω。
进行仿真，设置在α=0°状态下在0 s 时刻，电抗器由空载突变到满载。
饱和电抗器调压原理
饱和电抗器调压原理
饱和电抗器是一种电子设备，它主要的功能是对电压进行调节。
下面
介绍一下饱和电抗器的调压原理。
1. 饱和电感原理
饱和电感器的原理是基于电感量和电流的关系的。
当电感器的电流增
加时，所产生的磁场也会增大。
当磁场的强度达到一定的程度时，电
感器就会饱和，电流就不会再增加了。
这时，电感器的两端电压就与
电感器的电流成正比。
2. 饱和电感器的结构
饱和电感器由铁芯、线圈、外壳等几部分构成。
铁芯是饱和电感器的
核心，它会影响饱和电感器的电感量。
线圈则是负责电流的产生，电
流的大小也会影响电感器的电感量。
3. 饱和电感器的调压原理
饱和电感器的调压原理很简单，就是利用饱和电感器的电感量和电流
之间的关系来进行电压调节。
当负载电流增大时，电感器的电流也会
随之增大，使得磁场的强度变大，饱和电感器的电感量也会变大，从
而使得电感器两端的电压变高。
反之，当负载电流减小时，电感器的
电流也会随之减小，使得磁场的强度变小，电感量也会随之减小，从
而使得电感器两端的电压变低。
这样，就可以实现对电压的精准调节。
4. 饱和电感器的优势
饱和电感器相比于其他调压器件的优势在于精度高、稳定性好，不易
受负载变化、温度变化的影响。
同时，饱和电感器还具有无噪音、无脉冲和长寿命等优点。
总之，饱和电感器是一种非常常见的电子器件，在电压调节方面有着十分重要的作用。
上述内容就是饱和电感器调压原理的介绍，希望能够对大家有所帮助。
磁饱和式可控电抗器原理介绍
磁饱和式可控电抗器1 引言随着城市电网的发展和配电网规模的不断扩大，6～66kV配电网过去普遍采用的中性点不接地运行方式已不能适应现实需要了，随着电缆出线的增多，系统对地电容电流急剧增加为原来的10～100倍。
为了限制电容电流，采用中性点经消弧线圈接地的补偿系统成为最主要的方式。
当配电网发生单相接地故障时，补偿系统提供电感电流来自动补偿电容电流，使接地点电流迅速减小，并使故障相的恢复电压降低，达到熄弧不重燃的目的。
本文介绍了磁饱和式可控电抗器的拓扑结构、工作原理及特性曲线，利用这一原理制作的消弧线圈具有工艺简单、成本低廉、振动和噪声低，以及调节范围宽（从重载至额定负载）、谐波含量低、有功损耗小、响应速度快等特点。
利用磁饱和式可控电抗器原理制作的消弧线圈在配电系统正常运行时有高感抗，远离谐振点，在配电系统发生单相接地故障时，能快速地实现全补偿，限制电容电流，有效地熄灭电弧。
2 磁饱和式可控电抗器的拓扑结构图1为一单相磁饱和式可控电抗器的拓扑结构图，图2为其电路图。
可控电抗器由两个等截面（截面极为A）、等长度（长度为L）的主铁芯Ⅰ、Ⅱ和为使电抗器电流正负半波对称的两个等截面、等长度的旁轭Ⅰ、Ⅱ组成。
为使主铁芯饱和，主铁芯的截面积小于旁轭截面。
铁芯Ⅰ和旁轭Ⅰ、铁芯Ⅱ和旁轭Ⅱ、分别组成两条交流磁通φ～的回路，铁芯Ⅱ和旁轭Ⅱ组成直流磁通φ-的回路。
每个铁芯柱上绕有总匝数为N的上、下两个绕组，每个绕组各有一个抽头，分别与晶闸管T1、T2相联，抽头比σ=2N2/N，N=2(N1+N2)。
不同铁芯的上、下两个绕组交叉联接后并联至电网，续流二极管D跨接在两个绕组的交叉处。
图1 可控电抗器的拓扑结构图图2 可控电抗器的电路图3 磁饱和式可控电抗器的工作原理假设晶闸管T1、T2和二极管D均为理想元件，则可控电抗器有三种工作状态：状态1：T1、T2关断，D导通；状态2：T2、D关断，T1导通；状态3：T1、D关断，T2导通。
磁饱和式可控电抗器原理及其单片机控制
磁饱和式可控电抗器原理及其单片机控制李 兵,慕志恒(山东大学 山东济南 250061)摘 要:简要介绍了一种新型的无功补偿设备—磁饱和式可控电抗器的结构、工作原理,并给出了他的一种基于80C 51CPU 的控制电路。
关键词:晶闸管;单片机;控制角中图分类号:T P 36811 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2004)2401502Pr i nc iple of M agnetica lly Sa tura ted Con trollable Reactors and Si ngle Ch ip Con trolL IB ing ,M U Zh iheng(Shandong U niversity,J inan,250061,Ch ina )Abs tra c t :T he configurati on ,operati on p rinci p le of a novel reactive pow er compensati on facilitym agnetically saturatedcontro llable reacto rs are introduced in th is paper ,and p resents a contro llable circuit based on 80C 51CPU 1Ke yw o rds :thyristo r ;single ch i p computer ;contro l angle收稿日期:20040703 电力系统中的无功补偿问题一直是困扰电网运行的难题。
无功补偿的好坏,直接影响到电网的稳定性、电压质量和设备安全。
现有的电力系统中一般采用基于固定并联电抗器和固定电容器的无功补偿系统进行无功补偿。
但是实践证明,使用固定并联电抗器会带来一些问题,当线路满载时,固定并联电抗器不易在系统中切除,会造成线路电压下降,损耗增大,占用电源容量等弊端。
磁饱和式可控电抗器的原理及特性分析
磁饱和式可控电抗器的原理及特性分析
马元浩;王秀莲;李泉富
【期刊名称】《沈阳理工大学学报》
【年(卷),期】2007(26)5
【摘要】介绍了一种新型的无功补偿设备-磁饱和式可控电抗器的结构、工作原理以及数学模型,分析了可控电抗器的5种工作状态,并根据matlab仿真得到其特性.【总页数】4页(P47-49,61)
【作者】马元浩;王秀莲;李泉富
【作者单位】沈阳理工大学,信息科学与工程学院,辽宁,沈阳,110168;沈阳理工大学,信息科学与工程学院,辽宁,沈阳,110168;沈阳理工大学,信息科学与工程学院,辽宁,沈阳,110168
【正文语种】中文
【中图分类】TP237
【相关文献】
1.磁饱和式可控电抗器原理及其单片机控制 [J], 李兵;慕志恒
2.磁饱和式可控电抗器的工作特性分析 [J], 段尧
3.温度变化对磁饱和式可控电抗器特性的影响 [J], 张慧英;田铭兴
4.磁饱和式和变压器式可控电抗器应用比较分析 [J], 陈华泰; 田铭兴; 高国花
5.800kV超高压磁饱和可控电抗器的动态特性分析及谐波抑制 [J], 王青朋; 白保东; 陈德志; 安振
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磁阀式可控电抗器MCR原理及应用
磁阀式可控电抗器原理及应用在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最基本、最重要的指标。
而无功补偿技术是电压控制的重要方法之一。
交流电网输出的功率包括两部分：有功功率和无功功率。
有功功率是指直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能或化学能，利用这部分能量作功。
而无功功率则是指为建立交变磁场所需要的电功率，这部分电能并不做功。
1.无功补偿目的供电部门对电网的期望是安全稳定、输电能力好。
工业用户的期望则是提高用户侧电能质量、提高用电效率和降低电能损耗。
然而大型电力电子装置、非线性电力电子器件、大型冲击性负载（如轧机、电弧炉等）、铁磁饱和型设备（如变压器、电抗器等）、电弧型设备（各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机等）、新能源接入（风电等）等的应用，造成电网的电压波动、闪变，产生大量的谐波，导致功率因数低、三相不平衡等。
同步发电机是电力系统中最基本的有功和无功电源（额定功率因数为0.85～0.9，即每发出100kW有功就要发出62～48kvar无功）。
输电线路是一个被动的无功电源（主要在超高压电网影响显著）。
然而由于无功消耗源的分散性，如果仅仅依靠发电机集中提供无功电源，将造成无功功率的长距离传输，将加大有功损耗和电压降落；因此，国家统一规定了各分散点电压、频率偏移幅度的容许范围，谐波允许范围，功率因数奖惩制度等，使得供电部门和用户需要分散性地配置各类无功补偿装置，如同步调相机、并联电容器、静止无功补偿器等。
1）对电力系统随着空调负荷的增长，特别是各类电力电子负荷的快速增加，配电网络无功波动变化率越来越大，谐波影响也越来越明显，极大地影响了供电质量。
而各类民用、工业设备对供电电压、系统谐波等要求日趋严格，对供电质量的要求越来越高。
因此，在配电网中也存在应用SVC装置的客观要求：一是就地补偿各类动态无功负荷变化；二是抑制无功变化引起的电压波动和闪变；三是消除谐波；四是通过分相调节，补偿三相不平衡度。
在高压、超高压输电系统中应用无功补偿装置则着力于提高通道输送容量、增强暂态稳定性、抑制低频振荡、控制电压波动、缓解次同步谐振、改善直流输电系统性能、限制工频过电压等作用。
饱和电抗器的概念
饱和电抗器的概念饱和电抗器是一种用于调节电压和电流的电子设备。
它由一个线圈绕制在一个铁芯上组成。
饱和电抗器通常用于稳压和补偿电路中，它可以帮助调节电压和电流的波形，以满足特定的要求。
饱和电抗器的原理基于铁芯的特性。
铁芯是一种带有磁性的材料，当电流通过线圈时，会在铁芯中产生磁场。
这个磁场可以储存一定数量的能量，当电流发生变化时，磁场也会发生相应的变化。
饱和电抗器的工作原理是利用铁芯的磁饱和特性。
当电流通过线圈时，磁场的强度会增加，但当磁场达到一定的强度时，铁芯就会饱和。
也就是说，无论电流的大小如何变化，铁芯中的磁场强度都无法再增加。
这种饱和现象可以帮助调节电压和电流的波形。
在稳压电路中，饱和电抗器可以调节输入电压的波形。
当输入电压发生变化时，饱和电抗器的铁芯会饱和，阻塞部分电流的流动，从而保持输出电压的稳定。
这样可以确保电压的稳定性，并防止过压或欠压对电路元件的损害。
在功率补偿电路中，饱和电抗器可以调节电流的波形。
电源系统中的电流通常会有非线性负载，这意味着电流的幅值和相位可能发生变化。
饱和电抗器可以通过调节铁芯的饱和程度来补偿电流的波形，使其保持在正弦波形，并与电压同相位，从而满足电源系统对电流质量的要求。
此外，饱和电抗器还广泛应用于滤波电路中。
滤波电路用于去除电源中的杂噪和谐波，保证电力质量。
饱和电抗器可以有效地滤除频率较低的谐波，并提高电源的稳定性。
总之，饱和电抗器是一种重要的电子设备，用于调节电压和电流的波形。
它利用铁芯的磁饱和特性，通过调节铁芯的饱和程度，达到稳压、补偿电路和滤波电路等应用的目的。
饱和电抗器在电力系统中发挥着重要的作用，提高了电源的稳定性和电流质量。
磁控电抗器
磁控电抗器磁控电抗器（magnetic control reactor)全称是磁阀式可控电抗器，简称MCR，是一种容量可调的并联电抗器，主要用于电力系统的无功补偿。
磁控电抗器MCR 通过电压调整，减少波动，滤除无功冲击，提高输送电能的品质。
并通过阻尼电压振荡，提高系统的静稳极限，允许更高的电压传输。
∙磁控电抗器的工作原理o磁控电抗器是基于磁放大器原理来工作的。
它是一种交直流同时磁化的可控饱和度的铁芯电抗器，工作时，可以用极小的直流功率(约为电抗器额定功率的0.1%～0.5%)来改变控制铁芯的工作点(即铁芯的饱和度或者说改变铁芯的导磁率μ)，来改变其感抗值，从而达到调节电抗电流的大小并平滑调节无功功率的目的。
MCR的工作其原理如图2所示，电抗器由两组交流线圈w i1、w i2以及两组直流控制线圈w k1、w k2组成，w i1、w i2首尾串联，w k1、w k2反极性串联，这样可以有效地抵消交流线圈工频感应电压对直流控制绕组的影响。
铁芯工作时的磁化曲线如图3所示，由图可知，直流控制电流i k可以使铁芯工作点发生偏移，从而可以显着改变交流线圈的感抗和电感电流i。
∙磁控电抗器的应用o1、煤炭与化工在我国的煤炭企业中存在大量的提升机等间隙性冲击负荷，不仅无功波动较大而且谐波污染严重，如果不对这些问题进行处理，将会导致电能质量低下且谐波污染严重，并导致功率因数以及谐波超标罚款，采用电容投切时无功补偿装置时会出现两种情况：当无功或功率因数设置过小时虽然能保证这些提升设备工作期间不频繁投切，但会造成此时井下的电气设备供电电压突然降低，影响电气设备及其保护控制设备正常工作；如果无功或功率因数设定值较高，则会出现电容器组频繁投切现象，容易造成电气设备的损坏，影响电气设备的使用寿命。
采用MCR型高压动态无功补偿装置是解决这个问题的理想解决方案。
此外，在煤炭与化工企业，由于存在着一些危险因素（如煤井下的瓦斯气体、化工厂的易爆炸性气体），采用传统的开关投切方式由于投切过程中机械动作时产生火花、电容器组受冲击易损坏等诸多因素，使得在这些环境中工作时的安全性降低，而采用磁控电抗器的静态无功补偿装置由于不进行任何的机械操作，可以在危险环境中安全工作20年以上。
磁控电抗器技术原理磁控电抗器是利用直流助磁的原理
磁控电抗器技术原理磁控电抗器是利用直流助磁的原理，即利用附加直流励磁，磁化电抗器铁心，通过调节磁控电抗器铁心的磁饱和程度，改变铁心的磁导率，实现电抗值的连续可调。
专利技术《磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器》(专利号：200820022995.1)：该专利技术是在电抗器铁芯上，设置了由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯，交错排列组成并联磁路；通过调节可控硅触发导通角，来控制附加直流励磁电流，利用附加直流电流励磁磁化铁芯；通过调整不饱和区域铁心和饱和区域铁心的面积或磁阻，以改变并联磁路中不饱和区域铁心的磁化程度和饱和区域铁心的磁饱和程度，从而实现电抗值的连续、快速可调。
2、新型磁控电抗器特点：·独特的设计理念（1）电抗器的设计突破磁阀式可控电抗器设计的误区，采取铁芯不饱和设计；（2）交直流磁路并联互不叠加；（3）漏磁通自屏，不需另外铺设磁屏蔽层。
·高压电器技术的综合使用（1）大型变压器结构技术（2）高压互感器（CT、PT、CVT）绝缘技术及创新技术等综合利用。
做到结构合理、生产工艺成熟、批量生产。
·优秀的电气性能：由于独特设计和加工工艺。
成功地解决了磁阀式可控电抗器长期未解的两大技术难题：噪音大、功耗大。
新型磁控式电抗器电气性能：变电站动态无功补偿装置噪音：大型电抗器（8000K Var 以上）<65db中型电抗器（2000~6300KVar 以下）<60db小型电抗器 (2000kvar 以下) <55db功耗：空载≤1.6‰；满载≤1.0-2%。
以上指标接近S7、 S9 变压器指标。
谐波：<1％（三相三角形接法）无电磁辐射3、DS-MSVC 动态无功补偿装置技术优势·安全可靠：晶闸管串接于线圈内，工作电压低，不宜损坏；电抗器采取变压器加工工艺，寿命可达２５年以上；不需频繁投切，充电放电电容器寿命延长；整套装置可做到免维护，无人值守。
·绿色环保：由于不频繁投切，不产生电压冲击和涌流；电抗器采取三角型接法，产生谐波≤１％；电抗器自屏蔽设计不产生电磁辐射；；电抗器独特设计和加工工艺、噪音低、功耗小。
基于ANSYS的磁饱和式可控电抗器分析
基于ANSYS的磁饱和式可控电抗器分析基于ANSYS的磁饱和式可控电抗器分析引言：磁饱和式可控电抗器是一种能有效控制电网中电力系统的电压和电流波动的装置。
它在电力系统中的应用得到了广泛的关注和研究。
本文将介绍如何利用ANSYS软件进行磁饱和式可控电抗器的分析和仿真。
一、磁饱和式可控电抗器简介磁饱和式可控电抗器是一种在电力系统中用于补偿因电感和电容导致的电力波动的装置。
它由磁饱和型可控电源和串接在其后的电抗器组成。
通过改变可控电源的输出电压，可以调整电抗器的电压和电流，从而控制电网中的电压和电流波动。
二、磁饱和式可控电抗器的工作原理磁饱和式可控电抗器的工作原理基于磁饱和特性。
当电流通过磁饱和电感器时，电感器的磁场会饱和，导致电感器的磁阻增大，从而降低电感器的电感值。
这种现象可以用ANSYS中的磁场分析工具来模拟。
三、ANSYS软件介绍ANSYS是一款强大的工程仿真软件，提供了多种分析工具和模拟功能。
在磁饱和式可控电抗器分析中，可以使用ANSYS中的磁场分析工具进行仿真。
四、磁饱和式可控电抗器的建模和分析1. 创建磁饱和式可控电抗器的几何模型，包括可控电源、串接电抗器以及与电力系统相连的电源线和负载线等。
2. 在ANSYS中导入建模所需的材料参数，如磁导率、电导率等。
3. 运用ANSYS的磁场分析工具对模型进行仿真。
设置合适的分析类型和参数，包括电流密度和电磁力等。
4. 根据仿真结果进行分析和评估，包括电压波动、电流波动等参数的变化。
5. 通过改变可控电源输出电压，观察电抗器的电压和电流的变化，验证磁饱和式可控电抗器的控制效果。
五、仿真结果与分析通过ANSYS的磁场分析工具，可以得到磁饱和式可控电抗器在不同电压输出下的电抗器电压和电流变化情况。
根据仿真结果可以得到以下结论：1. 当可控电源的输出电压提高时，电抗器的电流和电压随之增大，实现了电力系统的电流和电压控制。
2. 可以根据实际需求调整可控电源的输出电压，从而更好地控制电力系统的电流和电压。
磁控电抗器基本原理
基本原理磁阀式可控电抗器，简称磁控电抗器（MCR），是基于磁放大器原理来工作的，它是一种交直流同时磁化的可控其饱和度的铁芯电抗器，工作时，可以用极小的直流功率（约为电抗器额定功率的0.1%～0.5%）来改变控制铁芯的工作点（即铁芯的饱和度或者说改变铁芯的导磁率μ），来改变其感抗值，从而达到调节电抗电流的大小并平滑调节无功功率的目的。
其突出的优点是：稳定、可靠、体积小、成本较低、控制灵活、维护管理简便。
图 1 磁控电抗器的原理示意图及工作时的磁化曲线图 2 磁控电抗器工作原理图如上图所示，磁控电抗器的主铁心分裂为两半（即铁心1和铁心2），截面积为A,每一半铁心截面积具有减小的一段，四个匝数为N/2的线圈分别对称地绕在两个半铁心柱上（半铁心柱上的线圈总匝数为N），每一半铁心柱的上下两绕组各有一抽头比为δ=N2/N的抽头，它们之间接有晶闸管K1(K2),不同铁心上的上下两个绕组交叉连接后，并联至电网电源，续流二极管则横跨在交叉端点上。
在整个容量调节范围内，只有小面积段的磁路饱和，其余段均处于未饱和的线性状态，通过改变小截面段磁路的饱和程度来改变电抗器的容量。
MCR制造工艺简单，结构稳定，对于提高电网的输电能力、调整电网电压、补偿无功功率以及限制过电压都有非常大的应用潜力。
图 3 MCR电路结构图由上图可以看出，若K1、K2不导通，根据绕组结构的对称性可知，MCR 相当于一个空载变压器。
假设电源e处于正半周，晶闸管K1承受正向电压，K2承受反向电压。
若K1被触发导通（即a、b两点等电位），电源e经变比为δ的线圈自耦变压后由匝数为N2的线圈向电路提供直流控制电压（δEm sin ωt）和电流iy′、iy′′。
不难得出K1导通时的等效电路如下图(a)所示。
同理，若K2在电源的负半周导通（即c、d两点等电位），则可以得出如下图(b)所示的等效电路。
图 4 晶闸管导通的等效电路图由图可见，K2导通所产生的控制电流iy′和iy′′的方向与K1导通时所产生的一致，也就是说在电源的一个工频周期内，晶闸管K1、K2的轮流导通起了全波整流的作用，二极管起着续流作用。
磁饱和式可控电抗器的原理及特性分析
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控 电抗 器 的 原理 及 特 性 分 析 磁 饱 和式可 控 电抗 器 嗣 乐珏 一一 可
马元浩 ， 王秀莲 ， 泉富 李
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饱和电抗器的原理及特性试验
饱和电抗器的原理及特性试验吕崇伟 王毅 （北京交通大学）摘要:饱和电抗器是非线性电抗器件，利用铁磁质的磁导率可变进行工作，通过改变铁心磁通从而改变磁导率进行调节电抗器的电感量。
本文主要介绍其工作原理及对样机所进行的特性实验。
Abstract ：A saturable reactor is nonlinear electrical equipment. This paper introduces the operating principle of this equipment. And on the basis of the experiment, the characteristics of the reactor are analyzed.关键词：饱和电抗器 原理 特性实验饱和电抗器是利用铁磁质磁化曲线的非线性和饱和特性，也就利用铁磁质的磁导率不是常数这一特性而工作的。
饱和电抗器属于交直流同时磁化的非线性电抗器。
其主要应用于各种调节设备，起到变换阻抗和传输能量的作用，如用来调节电炉炉温，调节灯光和调节交流电动机的转速，它具有能实现平滑调节，损耗小和调节范围广的优点。
随着技术的发展饱和电抗器在电力系统中的应用前景和潜力也日益增大，例如可在超高压电网中作调相调压设备，在输电系统中可以抑制系统过电压提高系统稳定性，抑制功率振荡，平衡负载，无功补偿提高功率因数及抑制谐波。
一 饱和电抗器的工作原理其基本工作原理是用直流绕组电流的大小来改变交流电路的电抗。
原理图如图1，它是一个有交流绕组和直流绕组的铁心磁路。
交流电流a I =当交流电压a V 和交流回路电阻a R 不变时，交流电流a I 和交流线圈的电感a L 有关。
a I aV a N dV dI dN图1 饱和电抗器原理图在不计漏磁的情况下，线圈电感量可以用下式表示2aa SN L I lμψ==，可知交流线圈的电感量在一定的磁路和匝数下和磁路铁心的磁导率成正比。
磁控电抗器基本原理
基本原理磁阀式可控电抗器，简称磁控电抗器（MCR），是基于磁放大器原理来工作的，它是一种交直流同时磁化的可控其饱和度的铁芯电抗器，工作时，可以用极小的直流功率（约为电抗器额定功率的0.1%～0.5%）来改变控制铁芯的工作点（即铁芯的饱和度或者说改变铁芯的导磁率μ），来改变其感抗值，从而达到调节电抗电流的大小并平滑调节无功功率的目的。
其突出的优点是：稳定、可靠、体积小、成本较低、控制灵活、维护管理简便。
图 1 磁控电抗器的原理示意图及工作时的磁化曲线图 2 磁控电抗器工作原理图如上图所示，磁控电抗器的主铁心分裂为两半（即铁心1和铁心2），截面积为A,每一半铁心截面积具有减小的一段，四个匝数为N/2的线圈分别对称地绕在两个半铁心柱上（半铁心柱上的线圈总匝数为N），每一半铁心柱的上下两绕组各有一抽头比为δ=N2/N的抽头，它们之间接有晶闸管K1(K2),不同铁心上的上下两个绕组交叉连接后，并联至电网电源，续流二极管则横跨在交叉端点上。
在整个容量调节范围内，只有小面积段的磁路饱和，其余段均处于未饱和的线性状态，通过改变小截面段磁路的饱和程度来改变电抗器的容量。
MCR制造工艺简单，结构稳定，对于提高电网的输电能力、调整电网电压、补偿无功功率以及限制过电压都有非常大的应用潜力。
图 3 MCR电路结构图由上图可以看出，若K1、K2不导通，根据绕组结构的对称性可知，MCR 相当于一个空载变压器。
假设电源e处于正半周，晶闸管K1承受正向电压，K2承受反向电压。
若K1被触发导通（即a、b两点等电位），电源e经变比为δ的线圈自耦变压后由匝数为N2的线圈向电路提供直流控制电压（δEm sin ωt）和电流iy′、iy′′。
不难得出K1导通时的等效电路如下图(a)所示。
同理，若K2在电源的负半周导通（即c、d两点等电位），则可以得出如下图(b)所示的等效电路。
图 4 晶闸管导通的等效电路图由图可见，K2导通所产生的控制电流iy′和iy′′的方向与K1导通时所产生的一致，也就是说在电源的一个工频周期内，晶闸管K1、K2的轮流导通起了全波整流的作用，二极管起着续流作用。
磁控型可控并联电抗器原理
磁控型可控并联电抗器原理
磁控型可控并联电抗器的原理主要基于直流助磁和磁路并联漏磁自屏蔽技术。
首先，磁控型可控并联电抗器利用附加的直流作用，励磁磁化了铁心，改变了铁心磁导率，从而实现了电抗值的连续可调。
这是通过改变铁芯的饱和程度来实现的，铁芯的饱和程度可以通过调节可控硅的触发导通角来控制附加直流励磁电流的大小。
在整个容量调节范围内，只有面积较小的一段磁路饱和，其余段均处于未饱和线性状态。
当改变小截面段磁路的饱和程度时，就可以改变电抗器的容量。
其次，磁控型可控并联电抗器的铁芯磁路是并联结构形式，截面由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯两者通过交错排列的工艺组成并联磁路。
通过调节不饱和区域和饱和区域的面积或磁阻，可以改变并联磁路中不饱和区域的磁化程度和饱和区域的磁饱和程度，从而实现电抗值的连续及快速的调节。
此外，磁控型可控并联电抗器还采用了结构对称的设计方法，绕组采用自藕式、对称结构，有效的减少了电抗器的损耗及运行时的噪声。
总的来说，磁控型可控并联电抗器是一种利用直流助磁和磁路并联漏磁自屏蔽技术，通过改变铁芯的饱和程度来实现电抗值连续可调的电抗器。
它具有容量连续可调、响应速度快、运行噪声低等优点，在电力系统中有着广泛的应用前景。
磁饱和式可控电抗器的磁路模型及其应用研究
磁饱和式可控电抗器的磁路模型及其应用研究磁饱和式可控电抗器的磁路模型及其应用研究摘要：磁饱和式可控电抗器是一种广泛应用于电力系统中的有源无功补偿设备，它能够通过调节电抗值来实现对电力系统的电压和无功功率的控制。
本文主要研究了磁饱和式可控电抗器的磁路模型以及其在电力系统中的应用。
引言磁饱和式可控电抗器由磁致伸缩材料和控制系统组成，可通过调整控制系统的输入信号来改变电抗器的电抗值。
电抗值的变化将会导致电力系统中的电流和电压的变化，从而实现电力系统的无功功率的控制。
由于其具有快速响应、高精度和可靠性好等优点，磁饱和式可控电抗器在电力系统中得到了广泛的应用。
磁路模型磁饱和式可控电抗器的磁路模型是研究其性能及特性的基础。
该模型主要由磁芯、线圈和磁致伸缩材料等构成。
磁芯起到导磁、集中磁场和定义电磁耦合等作用，线圈用于产生磁场，而磁致伸缩材料则用于控制磁芯的饱和状态。
采用饱和磁路模型可以更准确地描述磁饱和式可控电抗器的性能，并进行性能分析和参数设计。
磁路模型中的参数包括磁芯的磁导率、线圈的匝数和磁致伸缩材料的磁饱和度等。
磁芯的磁导率随着磁场强度的增加而降低，这是一种非线性关系，需要通过一系列试验进行测量。
线圈的匝数直接影响到磁场的强度，通常通过计算和实验来确定。
磁致伸缩材料的磁饱和度是控制磁芯饱和状态的关键参数，根据不同的工作条件和要求进行选择。
应用研究磁饱和式可控电抗器在电力系统中的应用主要包括无功补偿和电压控制两个方面。
在无功补偿方面，磁饱和式可控电抗器能够通过调节其电抗值来实现对电力系统的无功功率的控制。
它可以将过剩的无功功率吸收并注入到电力系统中，从而使电力系统的功率因数得以提高。
在电力系统中，无功功率是维持电压稳定和传输能力的重要指标，有效的无功补偿可以提高电力系统的运行质量。
在电压控制方面，磁饱和式可控电抗器可以通过调节其电抗值来实现对电力系统中的电压的调整。
它可以根据电力系统中的电压变化情况，实时调整电抗值来维持系统电压的稳定。
磁控电抗器原理
磁控电抗器原理磁控电抗器MCR通过电压调整，减少波动，滤除无功冲击，提高输送电能的品质。
并通过阻尼电压振荡，提高系统的静稳极限，允许更高的电压传输。
在技术、价格和使用维护方面MCR与TCR、固定电容器、SVC、同步补偿器等补偿装置相比具有很强的竞争力。
2.1电动机软起动的定义运用串接于电网和电动机之间的、导通能力可控的软起动装置，令电动机以小于其堵转值的电流使电动机的转速平缓上升，直至起动完成再投全电压，即为软起动。
软起动可减小电动机硬起动（即直接起动）引起的电网电压降，不妨碍共网其它电气设备的正常运行，可减小电动机的冲击电流，避免它所造成的电动机过大的局部温升，从而延长电动机寿命，可减少电磁干扰，确保周边电气仪表的正常运行，可减小机械冲力，减缓对所驱动的机械设备（轴、啮合齿轮等）的冲击。
2.2我公司选用磁控软起动装置的原因当前可采用的软起动装置主要类型是：变频器软起动、晶闸管软起动、磁控软起动和液阻软起动。
我们对磁控软起动装置的比较特点作了如下的分析：2.2.1与高压变频器软起动装置比较：变频器起动高压电动机是目前最理想的起动装置，它性能优越且参数设置方便，但变频器一般用于调速，若仅作为起动装置，其优越性无法充分体现。
与之相比，磁控软起动装置价格便宜（约为高压变频器软起动装置价格的1/4～1/8），性价比高，可实施性好。
2.2.2与液体电阻软起动装置比较：液体电阻软起动装置具有不产生高次谐波，价格低的优点，但其装置的体积大，且需定期给液箱补水，给极板作清洁处理，起动重复性差。
与之相比，磁控软起动装置体积小、维护方便、性能稳定，而且价格上也不相上下。
2.2.3与晶闸管软起动装置比较：晶闸管软起动装置具有起动平稳、体积小，结构紧凑，起动重复性好，保护周全等优点，但是晶闸管高压产品的价格太高、引起的高次谐波较严重。
磁控软起动装置具有其所具有的几乎全部功能，但价格便宜、高次谐波污染不严重。
我们认为，磁控软起动的性价比占优。
饱和电抗器原理
饱和电抗器原理摘要：以去年首次在中国投运的高压电动机磁控软起动装置为背景，介绍作为软起动装置执行元件的磁饱和电抗器，指明它实质上是一个开关，阐述它的作用、特点和分析方法。
一、引言：饱和电抗器是一种饱和度可控的铁芯电抗器。
50~70年代是磁饱和电抗器在电气自动化领域较盛行的时期[1，2，3]。
它既可以作为放大器件，又可以作为执行元件。
相对于电真空器件，它耐受恶劣环境的优点令人瞩目，相对于交磁放大机系统，它的静止性受到垂青。
当时，国内外关于磁饱和电抗器和磁放大器的著述和相关新铁芯材料的研制报导屡见不鲜。
在我国，在70年代已形成磁放大器产品系列[2]。
70年代以后，以双极型电子器件和SCR为代表的电力电子器件逐渐在电气控制领域占统治地位。
饱和电抗器因惯性较大、功率放大倍数较小等缺点而被排挤，其发展受阻。
但是，饱和电抗器是一种既有长处又有短处的电力器件。
在电阻炉炉温等较慢过程的控制中，以饱和电抗器为功率器件的系列产品仍然在使用。
在如何将它应用在较快过程的控制中，人们的研究和探索仍在继续。
也取得了一些可喜的成果[3]。
我认为，高压电动机软起动是一个能够使饱和电抗器扬长避短发挥重要作用的领域。
二、三相饱和电抗器的基本形式三相饱和电抗器有多种形式，在图1中表示了裂芯式和传统式的两种。
图1（a）为裂芯式结构，三相分立，一相一个铁芯。
挨近小截面的是直流绕组（共6个）。
绕在直流绕组外面的是交流绕组（共3个）。
两个直流绕组产生的磁通在两个小截面铁芯上形成环路。
而交流绕组产生的磁通通过大截面铁芯形成环路。
图1（b）为传统式。
直流绕组套住6个铁芯和6个交流绕组。
交流绕组每相2个，串连连接。
一相交流电流在2个铁芯上产生2个环路的磁通。
2个环路的时钟方向相同。
图1列出的仅是有代表性的形式。
其它的可行形式还很多，例如图1（a），若将交流绕组挪位，令它套住大截面铁芯，就演绎为另一种可行形式。
所有可行形式的共性是：三、饱和电抗器的分析方法：饱和电抗器不是线性器件。
MCR是什么
磁控电抗器（magnetic control reactor)全称是磁阀式可控电抗器，简称MCR，是一种容量可调的并联电抗器，主要用于电力系统的无功补偿。
MCR的由来由于电力系统的需求，可控电抗器一直以来就是一个研究热点，其中前苏联科学家提出的借助直流控制的磁饱和型可控电抗器得到了推广和应用。
该类电抗器是借助控制回路直流控制电流的激磁改变铁心的磁饱和度，从而达到平滑调节无功输出的目的。
它是在磁放大器的基础上发展起来的。
早在1916年就由美国的E.F.W亚历山德逊提出了“磁放大器”的报告。
到了40年代，随着高磁感应强度及低损耗的晶粒取向硅钢带和高磁导、高矩形系数的坡莫合金材料的出现，将饱和电抗器的理论和应用提高到了一个新水平，1955年世界上第一台可控电抗器在英国制造成功，其额定容量为100MVA，工作电压为6.6 ~22 。
20世纪70年代以来，由于可控硅器件迅速发展及相控电抗器的出现，可控电抗器被打入“冷宫”。
随着电力工业的高速发展，人们对供电质量及可靠性的要求越来越高。
由此产生了一系列问题:超(特)高压大电网的形成及负荷变化加剧，要求大量快速响应的可调无功电源来调整电压，维持系统无功潮流平衡，减少损耗，提高供电可靠性。
20世纪70年代以来发展起来的相控电抗器（TCR）高昂的造价决定了其在电力系统中广泛应用的不合理性。
鉴于上述原因，电力专家们转而寻求更加经济和可靠的可调无功补偿装置。
1986年，原苏联学者提出了磁阀式可控电抗器的新型结构，从而使得可控电抗器的发展有的突破性进展。
新型可控电抗器可以应用于直到1150KV 的任何电压等级的电网作为连续可调的无功补偿装置，因而可直接接于超高压线路侧，同时发挥同步补偿机和并联电抗器的作用。
编辑本段MCR的原理磁控电抗器由控制部分和电抗器本体组成，原理图(单相)如下，该电抗器的主铁芯中间部分是长度为L的小截面段，上下两个半芯柱上分别对称地绕有匝数为N/2的绕组；每一铁芯柱的上（下）绕组有一抽头比为δ＝N2／N的抽头，它们与各自铁芯柱的下（上）绕组的首（末）端之间接有晶闸管K1和K2，不同铁芯的上、下两个绕组交叉联接后并至电网，二极管D则横跨在交叉端点用于续流。
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磁饱和式可控电抗器
1 引言
随着城市电网的发展和配电网规模的不断扩大，6～66kV配电网过去普遍采用的中性点不接地运行方式已不能适应现实需要了，随着电缆出线的增多，系统对地电容电流急剧增加为原来的10～100倍。
为了限制电容电流，采用中性点经消弧线圈接地的补偿系统成为最主要的方式。
当配电网发生单相接地故障时，补偿系统提供电感电流来自动补偿电容电流，使接地点电流迅速减小，并使故障相的恢复电压降低，达到熄弧不重燃的目的。
本文介绍了磁饱和式可控电抗器的拓扑结构、工作原理及特性曲线，利用这一原理制作的消弧线圈具有工艺简单、成本低廉、振动和噪声低，以及调节范围宽（从重载至额定负载）、谐波含量低、有功损耗小、响应速度快等特点。
利用磁饱和式可控电抗器原理制作的消弧线圈在配电系统正常运行时有高感抗，远离谐振点，在配电系统发生单相接地故障时，能快速地实现全补偿，限制电容电流，有效地熄灭电弧。
2 磁饱和式可控电抗器的拓扑结构
图1为一单相磁饱和式可控电抗器的拓扑结构图，图2为其电路图。
可控电抗器由两个等截面（截面极为A）、等长度（长度为L）的主铁芯Ⅰ、Ⅱ和为使电抗器电流正负半波对称的两个等截面、等长度的旁轭Ⅰ、Ⅱ组成。
为使主铁芯饱和，主铁芯的截面积小于旁轭截面。
铁芯Ⅰ和旁轭Ⅰ、铁芯Ⅱ和旁轭Ⅱ、分别组成两条交流磁通φ～的回路，铁芯Ⅱ和旁轭Ⅱ组成直流磁通φ-的回路。
每个铁芯柱上绕有总匝数为N的上、下两个绕组，每个绕组各有一个抽头，分别与晶闸管T1、T2相联，抽头比σ=2N2/N，N=2(N1+N2)。
不同铁芯的上、下两个绕组交叉联接后并联至电网，续流二极管D跨接在两个绕组的交叉处。
图1 可控电抗器的拓扑结构图
图2 可控电抗器的电路图
3 磁饱和式可控电抗器的工作原理
假设晶闸管T1、T2和二极管D均为理想元件，则可控电抗器有三种工作状态：状态1：T1、T2关断，D导通；
状态2：T2、D关断，T1导通；
状态3：T1、D关断，T2导通。
如图3所示为电网电压u()与晶闸管触发角α之间的关系。
图3 工作状态图
当晶闸管T1、T2关断时，可控电抗器处于空载状态。
当电网电压处于正半波时，T1承受正向电压、T2承受反向电压。
若T1触发导通，电源u经匝数为N2的绕组向电路提供
直流控制电压和控制电流如图2所示，过渡到状态2的工作状态。
同理，当T2在电网电压处于负半波（π＜α≤2π）时，T2触发导通，同样经N2绕组向电路提供同方向的直流控制电压和电流，可控电抗器按照：状态2—状态1—状态3—状态1—状态2的次序轮流切换。
在电源的一个周期内，T1和轮流导通起到了全波整流的作用，二极管D在T1和T2导通和关断时起续流作用。
图4 各工作状态下的等效电路
（a）状态1 （b）状态2 （c）状态3
改变导通角α，即可改变控制电流id产生的直流磁通大小，使铁芯的工作点随之改变，从而达到平滑调节电抗的目的。
4 磁饱和式可控电抗器的基本磁方程
假设两铁芯柱的磁动势分别为F1和F2，磁通分别为Ф1和Φ2，每个铁芯柱绕组总电阻为R，根据基尔霍夫定律和图2、图4的等效电路图，可以推导出三种基本工作状态下的电磁方程。
式中
ic--控制电流；i--可控电抗器总电流。
控制电压为
（６）
于是主回路和控制回路的电压方程分别为
（７）
（８）
由式（7）、（8）可得到图5所示的等效电路。
显然u≥uc，对电抗器电流起决定作用的是电感，改变晶闸管的导通角α，即可改变电抗器的电感及其容量。
图5 可控电抗器的等效电路
5 磁饱和式可控电抗器的调节特性图
6 可控电抗器的调节特性
依据图5所示的可控电抗器的等效电路，可以得到如图6所示的磁饱和式可控电抗器的调节特性。
可控硅触发角α的工作范围为0˚～180˚，当α＝0˚时，晶闸管T1、T2轮流导通近180˚，这时的激磁电流最大，磁路最饱和，故磁路磁阻最大，电抗器容量最大；随着α的增大，晶闸管T1、T2的导通时间，激磁电流、电抗器容量都将减小，磁路饱和度降低；当α＝180˚时，晶闸管T1、T2截止，激磁电流为零，这时可控电抗器相当于一台空载运行的变压器，电抗器的容量亦最小。
从图6可以看出，当α在20˚～150˚范围内时，可控电抗器的调节性能是一段下降的直线，且在这段线性区间内，可控电抗器可在2～3个工频周期内投入80％的容量，可见其响应速度是很快的，在工程实际中，可控电抗器的调节容量一般也在20％～80％的范围内。
6 电容电流的实时检测
根据磁饱和式可控电抗器原理制作的消弧线圈，应用于中性点经消弧线圈接地的配电系统中，如果忽略对称三相系统的对地电阻，以A 相电压作为参考变量，则中性点N 的位移电压为
A C
B A
C B A N U jwL
C C C jw aC C a C j U 1)()(2+++++=ω （９）
其有效值为
ϕϕωU U I U I aC C a C U N N
C C B A N -++=)
(2（１０）
式中UN--中性点位移电压有效值；C A 、C B 、C C --分别为三相导线的对地电容；I C --三相总电容电流；U Φ--三相系统对地电容有效值；I N --流经消弧线圈的电流；
改变可控消弧线圈晶闸管的触发角α，即可改变消弧线圈的电感L ，可得到另一组位移电压为
（11）
由式（10）和式（11）可得
（12）
实际工程中，当晶闸管的导通角Θ很小时，该可控电抗器的感抗很大，可以达到额定
容量下感抗的200倍以上，而此时即为系统的不对称电压，用Uas表示，则式（12）可以写成
（13）
故只要在导通角为0时测得系统的不对称电压Uas，再在某一导通角Θ下测得UN、IN，即可精确算出三相总电容电流IC。
在实际测量UN、IN的过程中，一定要注意选择导通角Θ，使其远离谐振点。