可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱設(shè)計

楊波 喬明

摘要：三相負(fù)載箱是三相交流實驗中經(jīng)常使用的設(shè)備，三相負(fù)載可調(diào)有利于實驗數(shù)據(jù)的獲得。在設(shè)計可調(diào)式電感器的基礎(chǔ)上設(shè)計了可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱，它具有過流保護(hù)功能，工作元件顯示功能，電感元件參數(shù)可調(diào)功能。

關(guān)鍵詞：三相負(fù)載箱;可調(diào)電感器;刻度盤;負(fù)載參數(shù)

1.引言

目前，在各電力類院校實驗室中所使用的大容量電感器為固定參數(shù)元件或固定參數(shù)元件的組合，難以進(jìn)行連續(xù)可變負(fù)載參數(shù)的實驗，給師生科學(xué)實驗帶來諸多不便。研制連續(xù)可調(diào)電感器，并與可調(diào)電阻器、電容器組組合構(gòu)成可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱。由于電力系統(tǒng)的三相負(fù)載大多屬于感性，因此在實驗中基本解決了大容量三相負(fù)載參數(shù)不能連續(xù)調(diào)節(jié)的問題。

2.可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱設(shè)計原理

2.1三相負(fù)載的連接方式有星形連接和三角形鏈接，每一個三相負(fù)載有三組負(fù)載參數(shù)，即三個單相參數(shù)，單相參數(shù)表示形式為：

Z=R+j（ωL-1/ωC）

式中R為電阻;ω為角頻率：L為電感;C為電容;Z為阻抗。

2.2電容參數(shù)C可由單一電容器提供，也可由多個電容提供。多個電容器并聯(lián)等效電容為：

C=C1+C2+C3+…+CN

此式說明并聯(lián)電容越多，其電容值越大。

2.3電感參數(shù)L可由電感原件提供。空心線圈阻抗與理想線圈阻抗誤差較小，鐵芯線圈的等效阻抗與理想線圈阻抗誤差較大，主要影響因素是由于鐵芯的磁飽和、磁滯及鐵損耗。當(dāng)采取加大漏磁通量，總磁通的部分通過磁鐵，可以控制鐵芯線圈的有功電流和無功電流的占比在5%以內(nèi)。鐵芯的有功電流主要由鐵芯線圈損耗引起的，鐵芯線圈損耗主要由銅損和鐵損兩項。銅損是指線圈電阻的損耗，用Pcu表示，即Pcu=RI2。鐵損是指磁滯損耗和窩流損耗。

為了減少磁滯損耗，常采用磁滯回線面積狹長的鐵磁物質(zhì)，電工硅鋼片、冷軋硅鋼片或坡莫合金等都是理想達(dá)到鐵磁材料。在設(shè)計時適當(dāng)降低Bm值，可以防止磁飽和過深，這是降低磁滯損耗的方法。

減少窩流損耗的辦法一是增大鐵芯材料的電阻率，在鋼片中滲入硅可使其電阻大大增加;二是用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊成鐵芯，以增大鐵芯中窩流回路的電阻。工頻工作下采用的硅鋼片有0.35mm和0.5mm兩種規(guī)格。

3.可調(diào)電感器結(jié)構(gòu)設(shè)計

可調(diào)電感器結(jié)構(gòu)見圖1所示。為了改變磁通量的流通路徑，鐵芯設(shè)計在由非鐵磁材料構(gòu)成的滑道內(nèi)，由實心轉(zhuǎn)軸控制?？招霓D(zhuǎn)軸控制線圈調(diào)節(jié)觸頭。線圈為漆包線的多層結(jié)構(gòu)，在線圈的上邊開有導(dǎo)電槽，線圈滑頭可在上面滑動，線圈觸頭每滑過一個相鄰線圈時，電感量有跳躍變化，此時用鐵芯位置的改變做微調(diào)，達(dá)到連續(xù)可調(diào)的目的。結(jié)構(gòu)說明如下：

1：內(nèi)轉(zhuǎn)軸——實心;2：外轉(zhuǎn)軸——空心;3：固定導(dǎo)槽——非鐵磁材料;4：內(nèi)轉(zhuǎn)軸連桿;5：骨架擋板;6：滑動鐵芯——硅鋼片疊片;7：線圈引線8：滑條--銅片;9：電感線圈——多層線圈圈;10：線圈骨架——長方體;11：滑板滑頭——導(dǎo)體彈片;12：線圈滑頭——導(dǎo)體彈片;13：外轉(zhuǎn)軸連桿——絕緣體。

4.可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱電路結(jié)構(gòu)設(shè)計

可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個電路由元件組和控制電路組成，電路元件組由三個滑動電阻器、三個可調(diào)電感器、三組電容器（每組三個不同電容值）組成?？刂齐娐房刂骑@示燈和元件過流。元件接出點一端接有過流保護(hù)器，防止過流損壞元件。每個元件接有電流互感器，當(dāng)元件工作時通過控制板控制相應(yīng)的燈點亮。由于負(fù)載箱允許功率較大，工作時溫度可能較高，在電源接入端接有電風(fēng)扇，降低箱內(nèi)溫度。

5.可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱結(jié)構(gòu)設(shè)計

可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱結(jié)構(gòu)如圖3所示。面板分為三部份，每部份由一個可調(diào)式電阻器、一個可調(diào)電感器、三個定值電容器（電容器分為三組，由撥動快關(guān)投退，共8種組合工作方式）組成。每個元件上面有工作指示燈，每個電容器接有單刀開關(guān)，每個可調(diào)電感器調(diào)節(jié)旋鈕有前后兩檔，前檔調(diào)節(jié)線圈位置，即間斷調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)滑頭），后檔調(diào)節(jié)鐵芯位置，即連續(xù)調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)鐵芯位置）。箱體中的每個負(fù)載通過接線插孔可以單獨(dú)使用，也可聯(lián)合使用，可以根據(jù)三相負(fù)載的性質(zhì)和大小來選擇。各部份說明如下：1箱體;2工作指示燈;3可調(diào)電阻;4接線插孔;5可調(diào)電阻刻度盤;6可調(diào)電阻調(diào)節(jié)旋;7腳輪;8可調(diào)電感;9可調(diào)電感刻度盤;10可調(diào)電感外指示盤;11可調(diào)電感內(nèi)指示盤;12可調(diào)電感調(diào)節(jié)旋鈕;13電容器組;14撥動開關(guān);15散熱孔;16散熱風(fēng)扇（箱體內(nèi)）17電源插頭;18電源線。

6.結(jié)束語

可調(diào)式大容量三相負(fù)載箱使用方便，具有過流過壓保護(hù)，安全可靠，調(diào)節(jié)范圍大，搬運(yùn)方便，可應(yīng)用在各強(qiáng)電類實驗室中。此設(shè)備的開發(fā)研制，有利于三相交流有關(guān)的科學(xué)試驗，也可用在單相交流電的實驗中，方便了廣大師生對實驗數(shù)據(jù)的讀取。此設(shè)備還沒有解決電容連續(xù)可調(diào)問題，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。

參考文件

[1] 朱曉萍，霍龍.電路及磁路[M].北京：高等教育出版社，2013：281-293.

[2] 張長富.電路[M].北京：中國電力出版社，2008：122-130.

（作者單位：哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院）