可控饱和电抗器的工作原理详解

如图1.3（b）所示一个具有附加直流激磁的带铁心交流电路，称为饱和电抗器。直流激磁起控制作用，因此直流绕组又称控制绕组。交流绕组与工作负载连接，因此，交流绕组又称工作绕组。假设直流回路中串联很大的阻抗，即该回路内交流侧感应电势的作用很弱，可以忽略。现在来分析饱和电抗器的特点，设交流电压固定不变。用脚注符号k表示控制回路参数，如控制电流Ik、控制绕组Nk等。用脚注符号g 表示工作回路参数。

当直流激磁电流为零时，交流绕组感抗值最大，绕组内电流最小，这时相当于变压器空载运行。这种情况下的工作状态与如图1.1所示线路相同。设铁心中磁感应为正弦变化的，则忽略铁损时，铁心在一周期内磁状态工作点的变化如图1.7（a）所示。如果磁感应幅值较小，则B 及H 的变化仅在磁特性的线性范围以内。

当直流激磁电流一定时，则铁心中磁感应既有直流分量，又有交流分量。为简便计，先只取交流分量中的基波部分，磁状态工作点变化如图1.7（b）所示，由于交流与直流激磁的叠加作用，铁心工作于磁特性的饱和段，因此交流磁场强度增大（由于非线性磁特性影响，H 是非正弦的）。铁心的等值磁导率下降。图1.8及图1.9分别表示在不同直流控制磁场强度时磁导率曲线μ＝f（B），及对应的μ＝f（Hk）。Hk越大，铁心越饱和，μ越小。无论直流激磁电流方向如何，这种变化规律是相同的。

图1.7　铁心磁状态变化示意图

（a）仅有交流激磁；（b）有直流及交流激磁

图1.8　不同Hk时μ＝f（Bm）曲线(www.xing528.com)

图1.9　μ＝f（±Hk）

由式（1.1）可见，交流绕组感抗值X 与μ 有关，因此X 随直流控制电流Ik而变，Hk越大，则X 越小。

饱和电抗器的交流绕组的作用类似一个 “闸门”，当直流激磁电流为零时，交流绕组的感抗大，交流电流小，相当于“闸门”关闭；当增大直流激磁电流时，铁心饱和，交流绕组的感抗小，交流电流增大，相当于“闸门”打开。因此饱和电抗器的交流绕组也称为闸门绕组（gate winding）。