铁心工作：深饱和状态下的工作技巧

有的饱和电抗器（如磁放大器）工作在铁心磁特性的线性段范围内，在一个周期里，某一相两个铁心a和b 的工作状态常按下述规律变化（如图3.6和图3.7所示）：

“铁心a和b 均不饱和⇒铁心a饱和，b不饱和⇒铁心a和b 均不饱和⇒铁心b饱和，a不饱和⇒…”，按这一规律周而复始。

这种饱和电抗器仅仅靠交流磁势不足以使铁心饱和，只有再加上一定的直流磁势以后，铁心a和b 才会各在一个方向进入饱和，也仅仅在该方向上进入饱和。因为这种饱和电抗器要求控制电流为零时，输出电流应尽量小，所以在设计上需要令控制电流为零所对应的最大磁感应强度Bm0远小于铁心饱和磁感应强度Bs。

图11.4　紧耦合三相饱和电抗器照片

而对于磁控软起动用三相饱和电抗器，在一个周期内，只要不加上过大的直流磁势，某一相两个铁心a和b 的工作状态常按下述规律变化：

“铁心a和b 均饱和⇒铁心a饱和，b不饱和⇒铁心a和b 均饱和⇒铁心b饱和，a不饱和⇒…”按这一规律周而复始。

铁心状态按这一规律周而复始地变化，在工作绕组电流上的反映就是电流波形的非正弦性。这从图11.5所示实拍的饱和电抗器软起动系统中电机某相起动电流ig（θ）波形明显地显现出来。从ig（θ）波形可知，在ig（θ）幅值较大的相位区间里，与电流回路相关联的4个或6个铁心均饱和，而在ig（θ）幅值较小的相位区间里，则是另一种情况，即与电流回路相关联的铁心中至少有一个不饱和。

图11.5　饱和电抗器软起动系统中电机一相起动电流ig（θ）实拍波形

图11.5说明在分析铁心工作于深饱和状态的饱和电抗器时，必须从各电磁变量的波形分析入手，采取波形分析法。(www.xing528.com)

在控制电流为零时，铁心一周期内已有一段时间处于饱和状态（本章称为准饱和，以区别于有控制电流时铁心的饱和，见本书第11.5节），即仅仅依靠交流磁势就足以使铁心a、b双双正/负方向交替饱和。

控制电流为零时，在交流电流的单独作用下铁心能否进入饱和状态，取决于饱和电抗器的设计。

即使铁心完全饱和，其交流绕组阻抗也不会为零。深度饱和时，交流绕组阻抗有一个最小值，可按空心线圈的感抗计算。对于圆筒形的单个线圈而言，计算电感可利用下式

式中：Dpj、h、b分别是交流绕组的平均直径、高度和厚度。

当饱和电抗器铁心进入深度饱和状态后，相当一部分磁通将成为散磁或漏磁，在饱和电抗器铁心的周边经由空气，形成磁力线闭合通路。散磁或漏磁对柜体的铁件会产生电磁力。深度饱和还会使铁心材料的磁致伸缩加剧，使饱和电抗器产生相当大的噪声。但工程实践经验表明，这种漏磁和噪声现象还没有达到造成实际危害的程度。