可控饱和电抗器的设计

电机软起动的可控饱和电抗器设计,专业：控制理论与控制工程 导师：杨玉岗姓名：李林鸿,可控饱和电抗器的设计,设计目的： 本设计的饱和电抗器的目的是要实现交流电机软起动。 设计的目标电机的参考技术指标： 电机型号：YBF801-4 ; 功率（KW）:0.55; 转速（r/min）:1390； 电流（A）：1.5； 电压（V）：380； 效率（%） :73.5； 功率因数：0.73； 重量 （kg）: 19.5; 噪声（dB） :67 ; ：1.8 : 6.5 ; :2.0 ;一、饱和电抗器所需参数选择 电抗器和电机的T型一相等效图如下图1：U1为交流电机每相相电压；XL为饱和电抗器；Xm，Rm，X1， ,r1, 为电机励磁阻抗及一、二次等效阻抗。 图1 电抗器和电机的 T型一相等效图,可控饱和电抗器的设计,根据电路图有 其向量图见图2，调节 的大小，即可控制 的大小。电机刚起动是s=1, ,电机达到额定转速时 。电机启动时电压范围为（0.10.8） ,为了减小电抗器容量，缩小电抗器体积，避免起动结束后二次电压冲击，电机电压范围为（0.10.9） ，本设计选取（0.20.9） 。 表示额定电压， 表示电抗器两端电压， 表示电机绕组的端电压。 图2 与 向量图 由此，电机起动时，电机所需工作电压的最小值和最大值分别为：,U1,=,UL,+,UR,可控饱和电抗器的设计,电动机起动时，要求电抗器最大压降： ，此时 。 ， 电动机起动时，要求电抗器最小压降： ，此时 ， 设定最大起动电流为：最小起动电流为：,可控饱和电抗器的设计,二、可控饱和电抗器的设计1、由以上可知，电抗器最大压降为177.133V，最小压降为30.621V,最小工作电流为1.95A，最大工作电流为4.5A。可得到电抗器的容量为： 2、根据经验公式可以得到铁芯柱截面积： 3、交流绕组匝数的估算： 匝，由于本设计中，每相 由两个铁心构成，且每个铁心上的交流绕阻并联在一起，因此，每个铁心上绕交流绕组373 匝，绕制9层。4、直流电流 ,在后面根据交直流磁化曲线，可验证选取的直流电流最大值满足要求。 的选取值，查电工手册，由于采用DW270-35无取向冷轧电工硅钢片 ，所以选取1.5T。,可控饱和电抗器的设计,5、直流绕组的匝数估算： 匝，每铁心上绕制30匝，绕制一层。6、对铁心的 尺寸估算：漆包线选取实验室中1.2mm的圆截面漆包线。本铁心由硅钢片叠制成，因此也可估算出冲片的尺寸。（1）、窗口宽c的估算：铁心柱宽选取 ，可以得到柱心距：（2）、窗口有长h估算： ，考虑绕组的端部绝缘4.85.4mm, 图3 矩形铁心冲片尺寸则窗口 的长度可估算为： 。铁轭长A为： ，铁轭宽为e=20mm。 （3）、磁路长度的估算：,可控饱和电抗器的设计,（4）、对叠片层数的估算：由电工手册查的，选用DW270-35无取向冷轧电工硅钢片，厚度为0.35mm，则 ， 需要204片硅钢片叠制成铁心。 （三）、验算 1、验算直流电流最大值 根据公式： ，可得出 ， ， 查交直流磁化曲线得到最大直流小于40A。 我们选择40A，瞒足电流的要求。 查交直流磁化曲线，如右图4。 图4 交直流 磁化曲线,可控饱和电抗器的设计,2、验算最大输出电压与电抗器最小电抗压降 相应的铁心最小交流磁密: ,交流磁场强度最大值： 直流磁场强度最大值：每个铁心中交流工作线圈的电流 ，式中0.56是考虑每个交流工作线圈的的电流含有偶次谐波，本例中每个铁心中的交流线圈电流为一半。直流磁场强度最大值： 交直流磁化曲线上，尚无大于45A/cm的曲线。但是在45A/cm的曲线上， 不到0.1T, 小于 ，因此能够满足最大输出电压的要求。3、验算最小输出电压与电抗器最大电抗压降 ，相对应的铁心的最大交流磁密：,可控饱和电抗器的设计,交流磁场强度最小值：查交直流磁化曲线， 所对应的 大于1.7T,大于 因此满足最小输出电压的要求。四、设计的电抗器的结构 本设计的电抗器由六个铁心构成，每两个铁心构成一相，串入电机的定子中。下面给出图5电抗器一相的结构图。又四段交流绕组并联，四段直流绕组串联构成。 当工作绕组并联时，由于偶次谐波 感应电势在并联绕组间形成的 短路回路中产生的电流可以自由 流通，控制回路两端的谐波 感应电势比