饱和电抗器在磁控软起动装置中的应用及其特点

通过对前面各章的分析，读者已经对于饱和电抗器的技术特点有了明确的概念。本章以及第12章将介绍两种在近年来显示出较好前景的饱和电抗器应用领域：一个是交流电动机软起动；另一个是电网中的超导故障限流器。在这两个领域里，饱和电抗器都是大功率器件，饱和电抗器铁心也都会工作到很深的饱和区，所采用的基本分析方法都是建立在铁心交流磁特性模型基础上的波形分析法。

从有限的文献检索看，饱和电抗器在交流电动机软起动方面的应用至少可以追溯到20世纪30年代，而在电网故障限流器方面则更久远，可追溯到20世纪10年代。在相对沉寂了漫长的岁月以后，这两种应用得以实现和发展是日益增长的技术需求的结果，同时，也得益于电力电子技术和材料科学的迅猛发展。后者为这两种应用技术的产品化提供了坚实的物质基础。

大功率交流电动机不宜直接起动，否则会产生一系列问题，如起动电流高达电动机额定电流的5～7倍，影响电网、其他电工设备乃至交流电动机本身的正常安全运行。近100年来，人们一直在研究实现交流电动机降压或限流起动的控制技术，简称为软起动控制，成功地开发了从古老的液阻式限流起动装置到现代的晶闸管降压或限流软起动器、电力电子变频调速器等各类装置。

交流电动机按电压等级可分为低压、中压和高压三挡：交流电压380～1100V 为低压；3k V或6k V为中压；10k V及以上为高压。另一种划分电压等级的方法是将交流电动机分为低压和高压两挡：380～1100V为低压；3k V以上为高压。本章按后一类方法分级。

磁控饱和电抗器限流软起动装置简称为磁控软起动装置，是一种固态软起动装置，应用于低压及高压电动机，近年来颇受人们青睐。20世纪90年代初，国内就出现了低压交流电动机的磁控软起动装置。2002 年，国内成功开发了高压交流电动机的磁控软起动装置。(www.xing528.com)

电动机磁控软起动装置使饱和电抗器的技术优点得以充分利用。目前，据不完全统计，高压电动机磁控软起动装置在国内外已投入运行200余台，电动机额定容量大多为1～10MW。高压电动机磁控软起动技术受到重视的主要原因是：近年来工业和经济的发展对高压电动机软起动装置有日益增长的需求，而现有的液阻式高压软起动装置存在许多缺陷。在应用软起动技术的场合，人们关注的主要问题是能不能成功地实现软起动、起动的可靠性、设备对环境的普适性、体积大小和成本等。所以，磁控软起动装置作为一种固态软起动装置，能在与液阻式软起动装置竞争中取得胜利，不是偶然的。在各种可平滑调节的固态软起动装置中，只有磁控软起动装置的制造成本可以与液阻软起动装置相匹敌，约为液阻装置制造成本的两倍。

磁控软起动装置中的核心是大功率饱和电抗器，它的工作原理基于非线性铁磁现象。饱和电抗器的主要优点是：控制灵活，交、直流回路互相隔离，像干式变压器一样耐用。主要缺点是：铜和硅钢片用量大，具有0.1s量级的惯性。这些优、缺点均与其构造和工作机理有关。

对磁控软起动装置所用饱和电抗器的要求很多，其中一个比较重要的要求是：在直流控制电流为零时，对应的交流工作电流大小要适当。