交直流電抗器(電感)負載測試設備的研究

摘 要： 在交直流電抗器的開發(fā)和生產中，要測量在繞組中通過規(guī)定交流或直流電流時的電感以及額定電流下的溫升；對于小功率電抗器的測試利用已有的測試儀器就可以完成，而對于電流幾百安培的大功率電抗器或電感的測量，在沒有現成合用設備時，就要自制設備來進行。

關鍵字： 電抗器，電感器

      在交直流電抗器的開發(fā)和生產中，要測量在繞組中通過規(guī)定交流或直流電流時的電感以及額定電流下的溫升；對于小功率電抗器的測試利用已有的測試儀器就可以完成，而對于電流幾百安培的大功率電抗器或電感的測量，在沒有現成合用設備時，就要自制設備來進行。

一、交流電感或電抗器的測試設備 
對交流電抗器(電感)的繞組施加交流時，繞組中的電流和繞組端子間的電壓降成正比，和電源的頻率及電感成反比；即  

     在電感器繞組中通過額定電流I（安培）時測出繞組的壓降V（伏），即可以計算出其電感L值來。 
                                                          L=3.185×(V/I)   (mH)           （式1-2）
    根據具體產品所要求的額定電流和規(guī)格電感值，可以估算出其繞組的壓降范圍，選用合適的自耦調壓變壓器和輸出匹配變壓器以及足夠精度的電壓、電流表進行測量即可。
交流電抗測試臺應用舉例：
常州博邦電氣為了試制和生產需要，曾研究與開發(fā)了用于200V/55kW (1200A/0.01mH)和400V/75kW(685A/0.04mH)啟動電抗器的測量的電抗測試臺。

T1為20kW單相自耦調壓變壓器；
T2為輸出匹配變壓器；
I為1200A交流數字電流表（也可以使用鉗形數字電流表）；
V為20V交流電壓表（精度0.01V）；
Lx為被測電抗。
其中，T2變壓器為自制，詳細研究與開發(fā)參數如下：
1) 鐵芯：使用截面積120cm2的單相EI形疊片鐵心；
2) 初級繞組：使用2mm×10mm的玻璃絲包銅線繞52匝；
3) 次級繞組：使用5mm×50mm的扁銅條繞3.5匝，并用同樣的銅條引出到被測電抗器的接入點。
    由于測試是間歇進行的，當輸入電壓為200V時，輸出13V左右，輸出電流可允許1200A以上。
測試方法：
1) 被測產品要和測試接點可靠連接；
2) 電壓要從零伏開始緩緩升高；
3) 注意電流表讀數，當電流達到預定值并穩(wěn)定后，迅速記錄電壓表讀數，然后將電壓恢復到零；
4) 利用得到的電壓電流值，根據式1-2計算電感或電抗器的相應電感值。

二、直流電感或電抗器測試設備
    直流電抗測試設備，是在交流測試設備的基礎上，將交流整流后得到直流輸出，原理圖如圖2：

      直流電感的感值，一般在線圈繞組中通過規(guī)定直流電流時用電感測試儀在 1kHz/1V條件下測試。由于施加直流的電源內阻很小，呈交流短路狀態(tài)，因此必須在電源回路中串接一大的電感，使其在給被測電感施加電流時，呈現比被測電感大得多的感抗值，才不會影響被測電感的測試。

    由于附加電感L和被測電感處于并聯狀態(tài)，如果Lx的測試讀值和實際值誤差不大于5%時，附加電感 L的電感值應在被測電感的電感值的20倍以上。

三、交直流電抗器測試臺的研究與開發(fā)和應用
(1) 原理圖及部件規(guī)格

      在大功率交直流電感或電抗器測試時，需要在繞組中通過幾十或幾百安培的額定電流時進行；為了大電流的直流電感或電抗器產品的測試，我們在交流電感測試設備的基礎上，在自備條件下，研究與開發(fā)了交/直電抗器(電感)的測試設備，其設備的電原理圖如下。

K1為300A單相空氣開關； 
T1為功率30kW以上的單相自耦調壓變壓器；
T2為輸出匹配變壓器；
Ia為4位半300V數顯交流電流表；
Va為4位半300V數顯交流電壓表；
Ax1，Ax2是交流電感或電抗器測試接入端子；
K2 是接入直流測試用的300A單相空氣開關；
DRx4 是4只300A的整流管用銅扳搭接成的整流橋；
C 是4x4300μF/150V電容器并聯組；
R 是200Ω/50W電阻；
Vd 是4位半200V數顯直流電壓表；
L 為直流測試附加電感；
Id 為4位半300A數顯直流電流表；
Dx1，Dx2為直流電感或電抗器測試接入端子。
注：交流電表的電源在K1閉合時接入，直流電表的電源在K2閉合時接入。

(2) 重要部件的研究與開發(fā)方法
T2變壓器的研究與開發(fā)：
1) 鐵芯：使用截面積120cm2的單相EI形疊片鐵心；
2) 初級繞組：使用2mm×10mm的銅線繞52匝；
3) 次級繞組：使用4根3×7mm的扁銅線并繞14匝。
   
    由于測試是間歇進行的，當交流輸入電壓為200V時，輸出52V左右，輸出電流可允許到300A。因為要工作在大電流狀態(tài)，所以設備的電流回路部件之間的聯接必須可靠，并使用足夠面積的聯接線。

L電感的規(guī)格的確定與研究與開發(fā)：
在直流電感或電抗器測試時，回路中的測試附加電感的大小直接影響到測試的精確度，整臺設備中，附加電感 L應該是測試設備研究與開發(fā)中關鍵部件之一，應根據測試能力確定合適的電感L（參考第二部分：直流電抗測試設備），以下是常州博邦電氣 L電感的研究與開發(fā)說明：
測試附加電感也就是一個在大電流下具有較大電感的直流電感，具體研究與開發(fā)方法如下：
1) 鐵芯：可使用如 圖5 的“口”字形的H50疊片鐵心，鐵芯截面積約為325cm2；
2) 線包：線包用2根2×10mm的玻璃絲包扁銅線并聯，卷繞 4個210匝的線圈，兩個線圈串連作為一組，鐵心的每柱上安裝一組線圈；
3) 鐵芯磁路間隙：鐵心的磁路間隙為32mm左右，間隙板使用環(huán)氧玻璃鋼板，上部間隙板厚約10mm，下部間隙板厚約6.0mm；
4) 鐵芯用量：約400kg；
5) 銅線用量：四個線圈共用銅線約400kg；
6) 總重：整個電感重量約900kg。

      研究與開發(fā)完成的附加電感，每組線圈的直流電阻約200mΩ，2組線圈串聯不加電流時電感約為897mH（實測值910mH），在150A電流下應有280mH的電感（估算值）；2組線圈并聯時直流電組約100mΩ，不加電流時電感約227mH（實測值258mH），在300A電流下應有75mH的電感（估算值）。

    除附加電感在外放置外，所有部件安裝在一個測試臺中，為了防止測試產品時發(fā)生短路現象，放置產品的臺面要用厚玻璃鋼板研究與開發(fā)。

    常州博邦電氣研究與開發(fā)的測試設備中 L電感目前的連接狀態(tài)為并聯方式，設備測試能力如下：
交流測試時，測試范圍為1A/165mH到300A/0.5mH；
直流測試時，測試范圍受附加電感的直流疊加特性所限，當測試誤差不大于5%時，測試范圍為1A/23mH到300A/3.5mH。

    需要特別注意的是，本設備是按間歇式工作設計的，當測試電流在200A以上，產品和產品測試的間隔時間很短時，要注意整流器件和附加電感的發(fā)熱情況，必要時可增加散熱設備。

(3) 本設備在使用方法和注意事項
A交流電抗器(電感)測試
操作方法：
1) 打開電源開關K1，T1輸出電壓調整到“0”V，將被測電感接入測試端子Ax1和Ax2間；
2) 緩緩轉動變壓器T1的旋柄，調整輸出電壓，觀察電流表Iac；
3) 當電流達到被測電感的額定電流值I時，記錄此時電壓表Vac的電壓值V；
4) 將T1的輸出回到“0”，取出已測電抗，此次測試完成；
5) 如還有電抗需要測試，重復以上有關步驟即可；
6) 如果測試完成，關斷電源開關K1（交流測試時，不打開開關K2）；
7) 被測電抗器（電感器）的電感值Lx（或稱ACL值）可用下式計算；   
Lx≈V/(2×π×f×I)=V/(314×I)     (H)
或  Lx≈3.185×(V/I)              (mH)

B直流電抗器(電感)測試
操作方法：