《单相交流电抗器的简易工程设计》
杜保明2006.03.
内容提要：本文结合产品的工程设计和生产的经验，举例介绍电抗器的铁心选用，线圈设计，磁路间隙，铜损和铁损的概算，温升的测算方法等。
关键词：单相交流电抗器，铁心，线圈，磁路间隙，铜损，高周波铁损概算，温升测算，
电抗器应用范围极为广泛，是电机启动，整流，变频，不间断电源等设备和系统中的不可或缺的部件之一。尤其是在变频和不间断电源系统中，电抗器的品质优劣可能直接决定了系统的性能和成本。
应该根据不同的要求来设计和制造电抗器，从而设计和计算的方法也各有差别。本文仅就不间断电源装置中交流电抗器的工程设计和概算方法进行讨论。
不间断电源的交流电抗器中通过的电流，既有基本频率的额定工作电流，又有进行调制的高频电流，还有相对应的各次高频谐波电流；在保证额定工作电流下的电抗值的同时，还要求保证在过负荷电流和饱和电流下的电抗；同时对电抗器的体积，重量，绝缘级别，尤其是负荷温升都有严格的规定。
交流电抗器的设计和计算依照下面所列的顺序进行。
1．根据对电抗器的基本电气参数要求，进行容量计算，选择铁心；
2．根据铁心及工作磁通密度，计算线圈的匝数和铁心的磁路间隙；
3．确定绕组的连接方式，选择绕组的线径（或载流面积），确定线圈的结构和尺寸；
4．计算绕组的铜损和铁心的铁损，判断绕组负荷温升和铁心负荷温升；
5．电抗器的整体结构设计和外形尺寸的检查。
以上的设计步骤是相互关联的，在步骤和步骤之间，如果发现不合，应随时加以调整。例如，当发现铁心窗口容纳不下绕组时，就要适当调整铁心的窗口尺寸；又如，当发生绕组铜损过大，线圈温升超出要求时，就必须调整绕组的导线载流面积，减小铜损，降低温升；等等。
以下就某型30KV A不间断电源中使用的单相交流电抗器为例，说明单相交流电抗器的简易工程设计和计算方法。
某型号30KV A不间断电源中对使用的单相交流电抗器的要求：
基本工作频率：fo = 50Hz；额定工作电流：I = 51.0 A；
额定工作电流时的电感量：L = 1.485mH±3%；
饱和电流（最大电流）：Ip = 122.4A；
饱和电流时的电感量：Lpm ≥L×99%；
调制开关频率和电流：f = 8000Hz；I f = 3.84Arms；
绝缘等级：H 级；
负荷状态：100% 连续；使用的回路电压：AC 415V
安装，使用环境和温度：室内机柜中，卧式，电抗器平均周温45℃；
冷却条件和允许温升：前-后风速2m / s , 温升75℃以下（电抗器温度最高
120℃）；
体积：L ≤195mm，W≤105mm，H ≤165mm。
根据以上给出的电抗器的各项电气参数值和温升等指标要求，按照所列步 骤进行选择和计算： 1．电抗器的功率容量：
P = 2×π×f ×L ×I 2 = 1.213KV A ① 2。铁心的选择：
2-1根据电抗的用途和体积要求，初选铁心为ZH90-0.30mm 低损耗硅钢片卷制的CD 形铁心，双线圈方式，即铁心的每一边承担功率容量的一半，铁心的截面积大致为：
Sc = k ×（P / 2）0.5 ②
≈1×（P / 2）0.5 ≈ 24.63 cm 2
2-2 铁心的形状尺寸和参数：
材质：Z9- 0.30mm
占积率：0.96
有效截面积：Sc = a ×d ×0.96 = 23.04 (cm 2) 平均磁路长度：Le = 37.57 (cm) 比重：~7.65 铁心重量：~6.62 kg
（注意：如果在以下步骤的设计计算中发生铁心尺寸不合，应以于调整。） 3。线圈绕组匝数的计算：
为了不使铁心在通过最大电流（饱和电流）时发生磁饱和，额定电流下的铁心磁通密度应适当的低，并使计算出的匝数尽可能为整数匝；本例初选工作磁通密度为Bm = 0.684 T ，绕组匝数的计算可按下式进行： N ’ = （E ×104）/（4.44×Bm ×f ×Sc ） ③ = （2×π×fo ×L ×I ×104）/（4.44×Bm ×f ×Sc ） = 67.97（Ts ） 取 N = 68（Ts ）；
采用串联方式，每个线圈34匝。 4．铁心磁路间隙的计算：
4-1为避免铁心在大电流流过线圈时发生磁饱和，要在铁心的磁回路中加入间隙，增加回路的磁阻；需要加入的磁路间隙利用下式进行概算： Lg ’ = （0.4×π×N 2×Sc ×10-8）/ L ④
= 0.902 (mm)
为使磁路对称，将磁路间隙平均分置于铁心的中间。
加入磁路间隙后，磁阻增大，在间隙部分的磁场力相应增强，如果要加入的磁路间隙过大，会使电抗器的工作噪声增加，同时对电抗器的机械强度也会产生不利的影响；当需要加入的磁路间隙很大时，可以将铁心要加入磁路间隙的部分适当分割，将间隙均分成相应等份加入的方式进行改善，如下图所示；
但是，上述方法同时也增加了铁心的制作难度 和成本。一般情况下，建议选择较高饱和磁通 的铁心及调整铁心的截面积等来适当提高工作
磁通，减少匝数，从而降低所需的磁路间隙。
4-2 磁路间隙调整系数：
在4-1计算出的磁路间隙Lg’，由于磁路间隙效应的存在，实际组装时将相应增大。可以通过下式进行磁路间隙调整系数F的计算，得到基本准确的实际需要的磁路间隙：
F = 1 +（Lg’ / Sc0.5）×ln（2×c / Lg’）⑤
式中：c 为铁心的窗口高度，来用于约等于绕组线圈的长度，单位-cm 。
将数据代入，则有：
F ≈1.573
实际磁路间隙为：
Lg = F×Lg’≈1.42 (cm)
均分后，铁心每一边的中间需加的磁间隙为：~0.71 cm。
（有关磁路间隙的说明见附件1）
5．绕组线圈的设计和有关数值的计算：
线圈绕组的设计主要要满足绝缘和散热要求，线圈的体积越大，散热性能越好；但体积增大，用线长度加长，铜损也越大，温升也要增高；在线圈的匝数已经确定，又规定了电抗器的空间体积的情况下，上述因素必须综合考虑。
5-1 确定线圈尺寸的原则：
由于采用卧装风冷，为了利于散热，线圈的内部和铁心间应该留有足够大的空间（过风道），外部尺寸也要在允许的规格内。
5-2 线圈的长度和导线的选择：
由铁心窗口高度和磁路间隙而知，铁心窗口允许的最大卷线长度为：
La = c + Lg / 2 ≈90 + 7 = 97mm，取La = 95 mm；
为保证线圈和铁心间的绝缘强度，线圈两端保持和铁心间最少8mm的空间绝缘距离，则线圈的容线长度为：
Lb = La - 2×8 = 79 mm；
通常情况下，电流密度的范围可以为：
J ≈2.5A~3.0A （A/mm2）,
选用标称宽度6mm，厚度3mm的H级Nomex410双层0.05mm纸包绝缘扁线（截面积为17.94mm2，电抗器额定电流时电流密度 2.843A / mm2）绕制，每层的容线匝数为：
Nc = Lb / (6mm+0.45mm) = 12.2 匝；(注：0.45mm为扁线的绝缘层厚度)
每个绕组34匝，需要3层，匝数的分配为底层12匝，第二层12匝，第三层10匝。计入层间绝缘后，卷线的厚度为：
Hd = 3×(3mm+0.45mm) + 2×0.13 ≈10.61 mm；
考虑到卷线底筒，层间绝缘，外包绝缘和卷线工艺余量后，线圈的厚度约为：He = 13.6 mm
（注：线圈的绝缘构成底筒0.76mm，外包绝缘0.44mm；Nomex410纸。）由以上可知，在考虑卷线余量（卷线时所用固定胶带的大约厚度，一般为线高的1/2）时，可以满足电抗器外形尺寸要求的最大线包外尺寸为：长：La = 95mm；宽：Wa = 100mm；高：Ha = 80mm；
内截面尺寸为：
宽：Wa’ = 100mm - 2×13.6mm ≈72mm；
高：Ha’ = 80mm - 2×13.6mm≈52mm；
线圈的内截面尺寸即是卷线芯的截面尺寸，线圈的长度即是卷线芯的长度。
5-3 绕组电阻和铜线用量的计算：
由以上数据，计算每个线圈的线长，重量和铜阻：
绕组的平均匝长：
lc = 2×( Ha’ + Wa’) +π×Hd
= 2×( 52+72) +π×10.61
≈281.3 (mm)
考虑到电抗器的串接和引出需要约0.7m线长，绕
制线圈需要的导线总长度为：
Lc = lc×N + 0.7
≈19.83 (m)
查3mm×6mm的纸包扁线的规格表，每米电阻为R=1.0255mΩ/at20℃，每米重量约为0.160 kg。则线圈绕组的电阻为：
Rc = 21.05 mΩ/at20℃
铜线用量约 3.28 kg 。
6．铜损：
电流通过线圈会产生损耗，使铜线的温度上升，铜线的温度上升会使铜线电阻加大，又会使损耗进一步增加，所以，线圈通过电流时，温度会逐步升高；由于散热机制的存在，当发热和散热能力相当时，线圈的温度不再升高，达到热平衡状态。
本例电抗器的温升（Δ）在周围温度45℃时，为75℃以下；以此为限，计算绕组达到热平衡状态（铜线温度Tt达到120℃）的线圈铜损，既热态铜损：Pc = I 2×Rc×(1+0.00393×(Tt-20) ) ⑥
= 512×20.33×10-3×(1+0.00393×100)
≈73.66 (W)
（式中：0.00393为铜线温度每升高一度时的电阻的变化率。）7．铁损：
铁心在交变磁场中产生磁滞损耗和涡流损耗，统称为铁心产生的铁损。
一般情况下，磁滞损耗的通用计算式是：
Ph = Kh×f×Bm1.6×V
式中：Ph 磁滞损耗(W)；f 频率（Hz）；Bm 最大磁感应强度(T)；
V 铁心的体积(m3)；1.6 常数（史坦梅茨系数）；
Kh 磁滞常数和铁心材料有关，就硅钢而言在2.5~1.5×102之间涡流损耗的计算式为：
Pe = Ke×f 2×Bm2×V
式中：Pe 涡流损耗(W)；f 频率（Hz）；Bm 最大磁感应强度(T)；
V 铁心的体积(m3)；
Ke 涡流系数和材料的电阻系数，截面大小及形状等有关由实验确定。
通常情况下，生产厂家回给出所生产的电磁钢板的不同材质，不同规格（厚度），不同测试条件下的相关数据表或曲线。我们可以利用其中的有关数据曲线来概算铁损。
假定铁心的铁损W（W/kg），磁通密度B（T）和交变频率f（Hz）间存在以下的基本关系：
W = k×f x×B y ⑦我们可以通过厂家给出的电磁硅钢片的高频铁损曲线，用一定的方法来导
出上述关系式中k；x；y的近似值，代入计算式计算铁心在某一频率，某一磁通密度时的铁损（注：推算方法举例见附件 2 ）。
例如，我们利用厂家给出的Z9-0.30mm硅钢片的高频损耗曲线，得到铁损的计算式为：
W = 0.4291×10-3×f 1.68×B1.86(经验算，误差在±5%以内) ⑧利用厂家给出的Z11-0.35mm硅钢片的高频损耗曲线，得到铁损计算式为：W = 0.677×10-3×f 1.656×B1.857 (经验算，误差在±5%以内)
利用厂家给出的Z9H-0.35mm硅钢片的高频损耗曲线，得到铁损计算式为：W = 0.482×10-3×f 1.732×B1.881 (经验算，误差在±5%以内)
等等。
磁通的概算利用下式进行：
B = ((0.4×π×I f ×N) / Lg’)×Kb ⑨
式中：I f 对应频率时的电流；
N 线圈匝数( T )
Lg’磁路间隙（cm）
Kb 磁路间隙效应系数
Kb =（a + Lg’/ 2）×( b + Lg’ / 2) / ( a×b) ⑩
式中：a；b 铁心截面的边长和边宽（cm）
将基本频率，调制频率和各高次谐波频率的电流代入⑨式，得到各电流下的B值，再利用⑧式求出相应频率下的铁损，各铁损值相加的和，即为单位重量全铁损值（W / kg），全铁损值和铁心的质量相乘，概算出电抗器铁心的铁损Pc来。
本例电抗器铁损的计算结果表如下：
铁心单位重量全铁损值：6.34W / kg
铁心质量：6.62 kg
铁心铁损：Pt = 6.34×6.62 = 42.01 (W) 8．饱和电流下铁心的磁通密度：
将电抗器的饱和电流值代入⑨式，可以得到饱和电流下铁心的磁通密度：Bmp = ((0.4×π×I p ×N) / Lg’)×Kb
≈1.388 ( T )
铁心未饱和。
9．电抗器的温升和温升的计算：
9-1 电抗器的温升：
由于电抗器工作时产生铜损和铁损，这部分被消耗了的能量几乎全部转换成
了热能，造成线圈绕组和铁心的发热。线圈或铁心所积聚的热量，可以通过辐射和对流的方式，由电抗器暴露在空气中的表面消散；当热量积聚的速率和消散的速率相当时，进入热平衡状态，电抗器的线圈和铁心的温度处于基本稳定的状态，不再上升。
电抗器的温升取决于铁铜损耗，铁心和线圈的散热面积，散热能力和环境条件；多数情况下只能予以概算，最后的结果要由实际测试得到。当计算得出的温升过高时，则需要对电抗器重新设计；比如：选用铁损更低的铁心，增加导线截面积以降低铜损，加大线圈尺寸以增加散热面积，加装散热板等；必要时可以采取吹风等进行强制冷却。
9-2预计温升的计算：
假设热能是通过铁心或线圈绕组的暴露表面均匀消散的，当绕组或铁心的温度高于周围环境的空气温度时，热量就将通过热辐射的方式和热对流的方式向周围传递。
热辐射方式的散热能力为：
Wr = Kr×ε×（Tt 4– To 4）⑾式中：Wr 表面的辐射散热能力（W / cm2）
Kr 5.70×10-12
ε辐射系数，一般情况下ε≈0.95
Tt 物体表面绝对温度（K）
To 周围环境的温度（K）
热对流方式的散热能力为：
Wc = Kc×F×Δtη×P0.5⑿式中：Wc 表面的对流散热能力（W / cm2）
Kc 2.17×10-4
F 相对空气摩擦系数，对垂直F≈1.0
Δt 物体表面温升（K）
η指数值，1.0 ~ 1.25，取决于表面形状和位置
P 相对大气压力（海平面处= 1 ，低海拔处≈1.0）
总的散热能力为两种散热能力相加：
Ws = kr×Wr + kc×Wc
= kr×[Kr×ε×(Tt 4– To 4)]+ kc×[Kc×F×Δtη×P0.5] ⒀
式中：kr 辐射散热比率kc 对流散热比率
实际上，以上计算的是物体处于垂直的表面的散热能力，并且即使是在垂直表面，辐射散热和对流散热的能力也不是平均的。并且，就对流方式的散热而言，物体的上水平表面的散热能力还要比垂直表面大15%~20%，下水平表面的对流散热能力取决于表面面积和传导率。
设周围环境温度为45℃（To = 273+45 = 318 K），ε= 0.90，η=1.20，并将物体的全部暴露面作为散热表面，对计算进行简化。
如上，则仅考虑热辐射散热时：
Tr = [(Wr + Kr×ε×To 4) / (Kr×ε)] 0.25
所控制的对应温升为：
Δr = Tr – To
仅有对流散热时所控制的对应温升为：
Δt =[(Wc / (Kc×F×P0.5) ) 1/1.2
一般情况下，对同一物体而言，单位表面积需要发散的热功率按55%的热辐射和45%的热对流组合实现（既Ws = 0.55×Wr + 0.45×Wc），将已知数值代入，可以得到如下的发热物体在周围环境空气温度为45℃时的预测温升计算式：
Δ=（0.55×Δr + 0.45×Δt）/ 2
= ( 0.55×( ( ( Ws + 0.05246 ) / ( 5.13×10-12 ) )1/4 – 318 )
+ 0.45×( Ws / ( 2.7×10-4 ) )1/1.2 ) / 2 ⒁可以预设环境温度，物体单位表面积需要耗散的热功率数值，利用⒁式计算出预测的温升，将结果列表或作出单位表面积的散热功率和对应的预测温升曲线，便于快捷查找。
9-3 线圈预计温升的计算：
根据以上绕组线圈的尺寸，计算线圈的表面积。
线圈的端面积：
Sd = (2×(La+Ha)-4×He)×He+π×He2
总端面积：
Sd’ = 4×Sd’
线圈的侧面积：
Sc’ = 4×((Ha-2×He)+π×He)×L
+(La-2×He)×L
将Ha, He, La, L的数值代入，计算
Sc = Sd’+ Sc’
≈633.85 (cm2)
线圈单位表面积要耗散的热功率为：
Wsc = Pc / Sc
≈0.1162 (W / cm2)
将Wsc代入[14]式，则有线圈在45℃环境下的预计温升为：
Δcoil ≈71.9 ( ℃)
9-4 铁心预计温升的计算：
根据以上铁心的尺寸和电抗器的组装方式，计算铁心暴露的表面积。
Se = 4×((e-2×a)×a+0.5×π×a2)+2×(e-2×a+π×a)×d
将e，a，d的数值代入，计算
Se ≈349.2 (cm2)
铁心单位表面积要耗散的热功率为：
Wse = Pe / Se
≈0.1203 (W / cm2)
将Wse代入[14]式，则有铁心在45℃环境下的预计温升为：
Δcore ≈73.9 ( ℃)
9-5 电抗器整体预计温升的计算：
可以将电抗器看作是一个整体，来计算整体的预计温升。
电抗器的总损耗（铁损加铜损）为：
P = Pt + Pc = 115.66 ( V A )
电抗器的总散热表面积（铁心加线圈）为：
S = Sc + Se = 983.05 (cm2)
电抗器单位表面积要耗散的热功率为：
Ws = P / S ≈ 0.1177 (W / cm 2)
将Ws 代入[14]式，则电抗器在45℃环境下的整体预计温升为： Δ ≈ 72.6 ( ℃ )
需要注意的是，以上计算的结果只是预测数值；由于电抗器在设备中的安装环境的不同，周围器件发热的影响，通风散热条件的差异等，电抗器的实际温升和预计温升会有较大的变化；比如，在2m / s 的通风条件下，温升就可能比预测温升降低10℃~15℃。 10．电抗器的组装：
电抗器组装时，要特别注意磁路间隙的调整。在铁心的中间加入计算尺寸的间隙板，将铁心插入，对齐后压紧，加额定电流测试；当电感量不足时，适当减薄间隙板厚度，当电感量过大时，适当增加间隙板的厚度，直到电感量合适为止。
为防止电抗器在工作时发出噪声，正式组装时，要在间隙板的两侧涂布耐高温的强力胶将间隙板和铁心端面牢固粘接。
装入铁心的线圈内侧置入环氧板，然后用专用不锈钢紧箍带将铁心紧固，铁心两侧和外侧用环氧撑条将线圈撑固；再次进行各项电气检查，外观检查，预烘后进行H
W 组装示意图：线包和铁心撑固；间隙板粘接；铁心紧固；线圈联接。 11．制作小结和实装测试：
11-4．电抗器：
按上述制作的电抗器，在UPS设备中安装后，进行负荷实验并测试电抗器的温升：
测试条件— UPS在额定输入电压，额定输出负荷状态下，连续工作7小时。
测试方法—在电抗器的线包中间位置预先置入热电偶；在电抗器的铁心表面贴付同型号热电偶；用数字温度仪测量各电偶处的温度和电抗器
周围空气温度，计算温升。
注：由于电抗器卧式安装，下线圈用胶固定在机箱底板上，不利散热，因此温度高于上线圈。
温升满足设计要求。
同时，利用上述方法，设计了同一UPS所使用的另一款式的交流电抗器，制作和实测结果同样满足各项电气和温升要求。
上述设计概算方法，同样也适用于EI型铁心，口型叠片铁心的交流电抗器，但是不适用于直流电抗器的设计计算。
主要参考资料：
①变压器与电感器设计手册（第二次修增版）--- 吴东法译
[中国电子学会元器件分会电子变压器专业委员会资料]
②电子变压器手册--- 电子变压器专业委员会编
[辽宁科学技术出版社]
附件：[1]有关磁路间隙安装的说明
电抗器铁心磁路中所加的磁路间隙，根据使用的铁心形式的不同，所加间隙的方式也不同。
间隙板可以使用环氧玻璃板，Nomex纸板或其他耐温，耐压不变形材料；在组装时用耐温高强度胶将间隙板粘固在铁心端面上。
对于CD型卷绕铁心，一般将磁路间隙平均加在铁心的研磨端面上（如图所示），并建议磁路间隙不大于铁心平均磁路长度的8%。可以采取增加铁心截面，减少匝数的方法来减小间隙尺寸；也可以增加铁心的窗口高度来增加磁路长度。
也可以将铁心的切断方式变化如图2，但会使铁心制造和组装难度增加，成本也会加大，非特别情况不建议采用。
图1：中间间隙图2：分布间隙
对于EI形铁心，可以将间隙板加在E片和I片之间，也可以在E片的中足开磨间隙，如图3；要注意的是，E I叠片必须要夹紧，不能松动，以防止工作时的噪音；可以塞加绝缘板（片）将铁心片夹紧，也可以将E片的中足用氩弧融焊成一体，必要时I片也进行氩弧融焊（图4）。
图3：E I铁心加间隙的方法图4：塞加绝缘片；铁心中足端部和I片分别融焊对于叠片铁心，由于铁心的尺寸是由计算得出的，可以根据间隙的情况决定铁心的分割。例如，以每片间隙板的厚度不超过4mm为限度时，如果每边的间隙为7mm，则分为3.5mm的两片，加在如图的铁心上（图5）；如果每边间隙为14mm时，则应分为4等份，既每片约3.5mm，加在如图的铁心上（图6）；依次类推。同样，为了防止铁心松动产生噪音，除用粘胶粘接间隙片和铁心外，还要用不导磁材料板（铝板，不锈钢板，环氧玻璃板等）将铁心夹紧，并将铁心用螺杆拉固（图7）。
图5：间隙片的分布图6：有间隙片铁心的紧固
为了防止增加铁心涡流损耗，在用螺丝杆紧固铁心时，凡是穿过铁心的螺杆，必须穿上绝缘套管，端部加上绝缘垫片，使螺杆和铁心绝缘。
附件：[2] 由电磁硅钢片的高频铁损曲线推算铁损概算式的方法：铁损W（W / kg）和磁束密度B（T），频率（f）之间存在以下的基本关系：W = k×f x×B y
一般情况下，制造厂商会给出电磁钢板的高频铁损测试曲线，根据此曲线图中的特定点的数据，我们可以导出上式的k，x，y的近似数值，得到在不同频率，不同磁束密度时的铁损近似计算式来。
同一频率f时，在曲线图上查得磁束密度为B1时的铁损W1，磁束密度为B2时的铁损W2，并且B2 = a×B1，则有：
W1 = k×f x×B1y
W2 = k×f x×B2y = k×f x×( a×B1 )y
即：W2 / W1 =（k×f x×( a×B1 )y）/（k×f x×B1y）= a y
有；y = Log ( W2 / W1) / Log a
同一磁束密度B时，在曲线图上查得频率为f1时的铁损W3，频率为f2时的铁损W4，并且f2 = b×f1，则有：
W3 = k×f1x×B y
W4 = k×f2x×B y = k×( b×f1) x×B y
即：W4 / W3 = (k×( b×f1) x×B y ) / (k×f1x×B y ) = b x
有；x = Log ( W4 / W3) / Log b
得出x和y的数值后，再由曲线查出当铁损为W5时，所对应的的一组f和B的数值，应有：
W5 = k×f x×B y
则：k = W5 / ( f x×B y )
至此，概算式中的k，x，y各值都已得出。
为使计算准确，应该用几组y和x的值于以几何平均，求出最佳的值来，并设定几组f和B的值计算铁损，将计算结果和曲线所列结果比较，当误差可以接受时（比如误差在±5%以内），即可应用。
利用上面的方法，导出的计算Z9-0.30mm硅钢片的铁损概算式为：
W = 0.4291×10-3×f 1.68×B1.86( 经验算，误差在±5%以内)导出计算Z11-0.35mm的铁损概算式为：
-3 1.656 1.857
高周波铁损曲线
Z9-0.30mm
附件：[3] 单位表面积的热耗散功率和对应的预测温升曲线
根据上文中：9-2预计温升的计算一节，[11]，[12]，[13]式，并预设环境温度为5℃，25℃，45℃后，再参照[14]式的方法计算，将计算结果作成曲线。
本曲线仅供在预测温升时作为参考。
串联电抗器 JB 5346-1998 代替JB 5346-91 前言 本标准是根据机械工业部 1997 年标准制、修订计划号,对JB 5346-91标准修订而成。 本标准的编写格式按照GB/T标准重新编排。 本标准主要修订的内容如下： 1)修改了额定电抗率项目,由原来的 %、6%、12%、(13%)项改为%、5%、6%、12%、13%。 2)按配套并联电容的额定电压要求增加了电抗器的额定端电压、及其相关参数要求项。 3)原标准按 R10 系列数系规定了电容器组容量,再按额定电抗率导出电抗器容量系列,目的是制造厂以尽可能少的容量满足尽可能多的用户规格品种要求。但由于电容器组的容量和电容器单元系列型谱标准不尽吻合,存在匹配组合困难。而且即便如此,也还满足不了用户规格繁多的需要,故本次修订取消了原标准中的表 2 和表 3,不再规定容量的系列规格。 4)由于取消容量系列规格,也就无法再以表格形式对每一种容量规定其损耗标准值。本次修订取消了原标准中的表 6(A)、6(B)、7(A)、7(B)、8(A)、8(B),给出了损耗值计算公式并规定了损耗系数。 5)电抗值允许偏差由原来 0～15% 改为 0 +10%。 6)绝缘水平与GB311标准一致。即油浸铁心式电抗器的绝缘水平和油浸式电力变压器相同,干式空心电抗器的绝缘水平和母线支柱绝缘子相同。 7)增加了用电桥法测量电抗值内容。 8)取消了对户外式空心电抗器在淋雨状态下做绕组匝间绝缘试验的要求。 9)取消稳态过电压条款。因为对稳定过电流的规定条件,实际上已包括了对稳态过电压的要求。 本标准由全国变压器标准化技术委员会提出并归口。 本标准主要起草单位：沈阳变压器研究所、宁波变压器厂、兴城特种变压器厂。 本标准参加起草单位：沈阳变压器有限责任公司综合电器厂,保定第二变压器厂、北京电力设备总厂、中山和泰机电厂。 本标准主要起草人：王丁元、韩庆恒。 本标准参加起草人：王辉、戈承、何见光、沈文洋。 本际准 1991 年首次发布。1997 年第一次修订。 本标准由沈阳变压器研究所负责解释。 1 范围 本标准规定了高压并联电容器用串联电抗器产品的定义、型号和分类、技术要求、试验方法、检验规则、产品标志及出厂文件、铭牌的基本内容、包装运输及贮存的基本要求等。
串联电抗器如何抑制谐波 关键字：串联电抗器谐波抑制电抗率选择无功补偿电抗器 前言 随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。 电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。 在并联电容器装置接入母线处的谐波“污染”暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效和可行的方法。串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流[1]，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。但是串联电抗器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。 电抗器参数的计算 1 基本情况介绍 某110kV变电所新装两组容量2400kvar的电容器组，由生产厂家提供成套无功补偿装置，其中配置了电抗率为6%的串联电抗器，容量为144kvar。电容器组投入运行之后，经过实测发现，该110kV变电所的10kV母线的电压总畸变率达到4.33%，超过公用电网谐波电压（相电压）4%的限值[2]，其中3次谐波的畸变率达到3.77%，超过公用电网谐波电压（相电压）3.2%的限值[2]。
07
级
《电磁装置设计原理——电抗器的设计》
设 计 报 告
姓 学
名 号
专业班号
指导教师 日 期
1
480KV/10KV 电 抗 器 设 计
一．电抗器的额定值和技术要求：
1、 额定容量 S N = 480 KVA 2、 额定电压 U N = 10 KV 3、 阻抗压降 U 1 = 381V 4、 相数 m = 3 5、 额定电流 I N = 419 A 6、 损耗 PCU + PFe ≤ 7000W 7、 线圈温升 TK < 125K 电抗器的主要参数选择结果
二．电抗器的参数计算选择
1． 铁芯参数设计选择
1.1 铁芯直径选择
D = K D 4 S / m = 0.06 × 4 480 / 3 = 0.206m ，
选择 D = 210 × 10 ?3 m ，采用 DQ133 ? 30 硅钢片，查表（5-1）得： 铁芯叠压系数： K dp = 0.95
2
铁芯柱有效截面面积： Az = 291.8 × 10 ?4 m 2 轭有效截面面积： Ae = 321.3 × 10 ?4 m 2 角重： G? = 84.8kg 铁芯最大片宽： BM = 0.2m 铁芯总叠厚： ? M = 0.178m 铁轭片高： bem = 0.19m 1.2 矩形铁芯长宽确定 举行铁芯的面积由上面查表得到的数据确定，又要求 a/b 为 3， 则可选取长 a=300mm，宽 b=100mm。 有效铁芯截面积等于铁芯面积 X 叠压系数： A S =0.95*300*100=28500 mm 2
2． 线圈参数设计选择
电抗额定值
X1 =
VN
IN
= 381
419
= 0.909
设计后，要满足电抗器的电抗的标幺值为 1~1.025 线圈匝数 初选 B ' = 0.81T , k m = 0.81 ，
W=
k mV 2πfB' AZ
=
0.81× 381 = 60匝 ，取整得： W = 60匝 2π × 50 × 0.87 × 300 × 10 ?4
主电抗计算
初选单个气隙长度 δ = 6.5 × 10 ?3 m ，铁芯饼高度 H B = 50 × 10 ?3 m
电磁装置设计原理课程设计（二） 铁心电抗器设计 班级：
主要参数 B(mm)一、 技术要求： 1、 额定容量KVA S N 360= 2、 线两端电压KV U l 10= 3、 额定电压V U N 381= 4、 相数3=m 5、 额定电流A I N 315= 6、 损耗W P P k 40000≤+ 7、 线圈温升K T K 09< 二、 铁芯参数选择 铁芯直径m m S K D D 189.03/36057.0/44=?==，选择m D 3 10190-?= 采用30133-DQ 硅钢片，查表（5-1）得： 铁芯叠压系数：95.0=dp K 心柱有效截面面积：2 4 105.238m A z -?= 轭有效截面面积：24104.258m A e -?= 角重：kg G 0.62=?
铁芯最大片宽：m B M 185.0= 铁芯总叠厚：m M 16.0=? 铁轭片高：m b em 17.0= 三、 设计线圈时电压、电流的选择 每段电抗值Ω===210.1315/381/1N N k I U X ， 设计线圈时的电压和电流分别是V U N 381=，A I N 315= 四、 线圈匝数 初选48.0,89.0'==m k T B ， 匝7.8610 5.23889.0502381 48.0'24 =?????== -ππZ m A fB V k W ，取整得：匝86=W 五、 主电抗计算 1、 初选单个气隙长度m 3105.7-?=δ，初选铁芯饼高度m H B 3 1008-?= 2、 气隙磁通衍射宽度：m H B 3 31065.55700.008.05700.0ln 105.7)ln(--?=?? ? ??+?=+=πδδπδε 3、 气隙磁通衍射面积： 23621003.410)16018565.52(65.52)2(2mm b A M M --?=?++??=?++=εεδ 4、 气隙等效导磁面积： 221029.01000/30.495 .002385 .0mm A K A A dp Z =+=+= δδ 5、 主电抗，取n=7,Ω=??????=?=-160.110 105.770292 .0865081087 322722πδπδn A fW X m 6、 主电抗压降V X I U m N m 2.203160.1315=?== 7、 磁密T V fWA U B Z m 0.8902385 .0865022.20321=???= = ππ 六、 线圈设计 1、 线圈高度估计值： m H n H n H A B l 224.011.05700.0708.0)17()1(=-?+?-=-+-=δ 2、初选导线：23363.29,108.51055.3mm S mm b mm a L =?=?=--，
《单相交流电抗器的简易工程设计》 杜保明2006.03. 内容提要：本文结合产品的工程设计和生产的经验，举例介绍电抗器的铁心选用，线圈设计，磁路间隙，铜损和铁损的概算，温升的测算方法等。 关键词：单相交流电抗器，铁心，线圈，磁路间隙，铜损，高周波铁损概算，温升测算， 电抗器应用范围极为广泛，是电机启动，整流，变频，不间断电源等设备和系统中的不可或缺的部件之一。尤其是在变频和不间断电源系统中，电抗器的品质优劣可能直接决定了系统的性能和成本。 应该根据不同的要求来设计和制造电抗器，从而设计和计算的方法也各有差别。本文仅就不间断电源装置中交流电抗器的工程设计和概算方法进行讨论。 不间断电源的交流电抗器中通过的电流，既有基本频率的额定工作电流，又有进行调制的高频电流，还有相对应的各次高频谐波电流；在保证额定工作电流下的电抗值的同时，还要求保证在过负荷电流和饱和电流下的电抗；同时对电抗器的体积，重量，绝缘级别，尤其是负荷温升都有严格的规定。 交流电抗器的设计和计算依照下面所列的顺序进行。 1．根据对电抗器的基本电气参数要求，进行容量计算，选择铁心； 2．根据铁心及工作磁通密度，计算线圈的匝数和铁心的磁路间隙； 3．确定绕组的连接方式，选择绕组的线径（或载流面积），确定线圈的结构和尺寸； 4．计算绕组的铜损和铁心的铁损，判断绕组负荷温升和铁心负荷温升； 5．电抗器的整体结构设计和外形尺寸的检查。 以上的设计步骤是相互关联的，在步骤和步骤之间，如果发现不合，应随时加以调整。例如，当发现铁心窗口容纳不下绕组时，就要适当调整铁心的窗口尺寸；又如，当发生绕组铜损过大，线圈温升超出要求时，就必须调整绕组的导线载流面积，减小铜损，降低温升；等等。 以下就某型30KV A不间断电源中使用的单相交流电抗器为例，说明单相交流电抗器的简易工程设计和计算方法。 某型号30KV A不间断电源中对使用的单相交流电抗器的要求： 基本工作频率：fo = 50Hz；额定工作电流：I = 51.0 A； 额定工作电流时的电感量：L = 1.485mH±3%； 饱和电流（最大电流）：Ip = 122.4A； 饱和电流时的电感量：Lpm ≥L×99%； 调制开关频率和电流：f = 8000Hz；I f = 3.84Arms； 绝缘等级：H 级； 负荷状态：100% 连续；使用的回路电压：AC 415V 安装，使用环境和温度：室内机柜中，卧式，电抗器平均周温45℃； 冷却条件和允许温升：前-后风速2m / s , 温升75℃以下（电抗器温度最高 120℃）； 体积：L ≤195mm，W≤105mm，H ≤165mm。
串联电抗器选择方法 关键词：电抗器电抗率铁芯电抗器空心电抗器串联电抗器 在无功补偿装置中一般都装设有串联电抗器，它的作用主要有两点：一是限制合闸涌流，使其不超过额定电流的20倍；二是抑制供电系统的高次谐波，用来保护电容器。因此电抗器在补偿装置中的作用非常重要。只有科学、合理的选用电抗器才能确保补偿装置的安全运行。 对于电抗器的选用主要有三方面的内容：电抗器的电抗率K值的选取和电抗器结构（空芯、铁芯）以及电抗器的安装位置（电源侧、中性点侧）。 一、电抗器结构形式： 电抗器的结构形式主要有空芯和铁芯两种结构。 铁芯电抗器主要优点是：损耗小，电磁兼容性叫好，体积小。缺点是：有噪音并在事故电流较大时铁芯饱和失去了限流能力。当干式铁芯且采用氧树脂铸线圈的电抗器，其动、热稳定性均很好，适合装在柜中。油浸式铁芯电抗器虽然体积大些，但噪音较小，散热较好，安装方便，适用于户外使用。 空芯电抗器的主要优点是：线性度好，具有很强的限制短路电流的能力而且噪音小。缺点是：损耗大，体积大。这种电抗器户内，户外都适合，但不适合装在柜中。在户外安装容易解决防止电磁感应问题。最好采用分相布置“品”字形或“一”字形。这样相间拉开了距离，有利于防止相间短路和缩小事故范围。所以这种布置方式为首选。当场地受到限制不能分相布置时，可采用互相叠装式产品。三相叠装式产品的B相线圈绕线制方向为反方向使支柱绝缘承受压力，因此在安装时一定按生产厂家的规定。 二、如何选择电抗率： 1、如在系统中谐波含量很少而仅考虑限制合闸涌流时，则选 K=（0.5~1）%即可满足标准要求。但这种电抗器对5次谐波电流放大严重，对3次谐波放大轻微。 2、如在系统中存在的谐波不可忽视时，应查明供电系统的背景谐波含量，然后再合理确定K值。为了达到抑制谐波的目的，电抗率的配置应使用电容器接入处综合谐波阻抗呈感性。 当系统中电网背景谐波为5次及以上时，这时应配置电抗率为（4.5~6）%。电网的一般情况是：5次谐波最大，7次次之，3次较小。因此在工程中，选用K=4.5%~6%的电抗器较多，国际上也通常采用。
电气与电子工程学院《电磁装置设计原理》 课 程 设 计 设计题目铁芯电抗器设计 指导老师孙剑波 班级电气1212 姓名曹鹏举 学号U201212040 完成日期2015年 6 月19 日
目录 480KVA/10kV 铁芯电抗器参数列表 (3) 1.电抗器的额定值与技术要求 (4) 2.铁芯参数选择 (4) 3.线圈电压电流及电抗值 (5) 4.线圈匝数 (5) 5.主电抗计算 (5) 6.线圈设计 (6) 7.绝缘设计 (8) 8.绝缘半径计算 (8) 9.线圈漏电抗 (9) 10总电抗 (9) 11.线圈导线每相总长 (10) 12.线圈损耗 (10) 13.线圈导线重量 (10) 14.铁芯窗高 (11) 15.铁芯损耗 (11) 16.总损耗 (11) 17.线圈温升计算 (12) 18.成本核算 (12) 附1：480KVA/10kV 铁芯电抗器设计表格 (13) 附2：铁芯电抗器尺寸图 (17)
480KVA/10kV 铁芯电抗器参数列表
1.电抗器的额定值与技术要求 （1）额定容量Sc=480KV A （2）所接电网电压 10kV （3）频率50Hz （4）相数 3 （5）相电压381V （6）相电流419A （7）绝缘材料耐热等级H级（145℃） （8）总损耗≤7000W（附加损耗系数1.2） （9）铁芯材料DQ133-30 （10）导线材料铜导线ρ145℃=0.02616Ω*mm2/m （11）绕组温升≤95K（附加损耗系数1.35） （12）铁芯饼高度HB=50mm；叠压系数Kdp=0.95 2.铁芯参数选择 （1）铁芯直径 由直径估算公式 ' = D K 其中经验系数 K为经验系数，对于冷轧钢片、铜导线取值为0.054~0.058。 D 取值为0.058进行计算得： '0.2063 == D K 选择D=0.21m查表5-11得: 芯柱有效截面面积 A=0.02918m2 Z 铁轭有效截面面积 A=0.03213m2 e G=84.8kg 角重 A B=0.2m 铁芯最大片宽 M ?=0.178m 铁芯总叠厚 M b=0.19m 铁轭片高 em
CKSC-90/10-6高压串联电抗器产品技术参数1依据标准：JB/T5346-1998 2电抗器型号：CKSC-90/10-6% 3额定容量：90kVar 4相数：三相 5频率：50HZ 6系统额定电压：10KV 7配套电容器额定电压:11/√3 8电抗器额定端电压:381V 9额定电抗率:6% 10额定电流：78.7A 11最大工作电流:106A 12噪声:45dBA 13最大工作电流时的温升:80K 14绝缘水平:LI75AC42 15绝缘材料耐热等级:F级 16冷却方式：AN 17使用条件：户内 18海拔高度:2000m 19环境温度:-25℃--40℃ 20外形尺寸:970L*500W*1007H 21安装孔尺寸：550A*400B
22铁芯尺寸: 794L*110W*970H 22单位：mm 23电抗器重量：530KG 24电抗器材质: 采用优质铜线绕制 25 配套电容器额定容量:1500kvar 26电抗值:4.84Ω 电抗器作用： 该产品与并联电抗器组相串联，具有补偿电网无功功率、提高功率因数、抑制谐波电流、限制合闸涌流等功能，适用于电力系统、电力化铁道、冶金、石化等较高防火要求、电磁干扰要求和安装空间有限的城网变电站、地下变电站和微机控制变电站等场所。 结构特点 1. 该电抗器分为三相和单相两种，均为环氧浇注式。 2. 铁芯采用优质低损耗冷轧取向硅钢片，经高速冲床冲剪，具有毛刺小、规则均匀、叠片整齐优美，确保电抗器运行时低温升低噪声的性能。 3. 线圈为环氧浇注型，线圈内外敷设环氧玻璃网格布作增强，采用F级环氧浇注体系在真空状态下进行浇注，该线圈不但绝缘性能好，而且机械强度好，能耐受大电流冲击和冷热冲击而不裂开。
产品名称：低压串联电抗器型号及功能原理图 产品描述：低压串联电抗器电抗器的线圈和铁芯组装成一体后经过预烘、真空浸漆、热烘固化等一系列工艺流程后，使电抗器线圈和铁芯牢固成一体，大大减小了运行时的温升及噪声，有效的提高了电抗器品质因数及减少谐波的效果。 产品细节 低压串联电抗器 一、型号含义 二、用途 低压串联电抗器工作时，电容器在补偿容性无功率的时候，往往会受到谐波电流、合闸涌流及操作过电压的影响，造成电容器的损坏和功率因数的降低，为此需要在电容器的前端加装串联电抗器，用于抑制和吸收谐波、保护电容器，避免谐波电压、电流及冲击电压、电流的影响，改善电能质量提高系统功率因数，延长电容器的使用寿命。 三、结构特点 1.该电抗器分为三相和单相两种，均为铁心干式。 2.铁芯采用优质低损耗冷轧取向硅钢片，经高速冲床冲剪，具有毛刺小、规则均匀、叠片整齐优美，确保电抗器运行时低温升低噪声的性能。 3.线圈采用F级漆包扁线绕制，排列紧密且均匀，外表不包绝缘层，且具有极佳的美感和较好的散热性。 4.电抗器的线圈和铁芯组装成一体后经过预烘、真空浸漆、热烘固化等一系列工艺流程后，使电抗器线圈和铁芯牢固成一体，大大减小了运行时的温升及噪声，
有效的提高了电抗器品质因数及减少谐波的效果。 5.电抗器芯柱部分紧固件采用无磁性材料，确保电抗器具有较高的品质因数和较低的温升，确保具有较好的滤波效果。 6.电抗器外形尺寸参考标准柜体尺寸设计，具有体积小，接线方便、外观美等优点。 四、低压串联电抗器使用条件 1. 海拔高度不超过2000米。 2. 运行环境温度-25℃～＋45℃，相对湿度不超过90％。 3. 周围无有害气体，无易燃易爆物品。 4. 周围环境应有良好的通风条件。 五、性能及技术参数 1. 可用于电容电压为：0.4kV、0.45kV、0.48kV、0.525kV、0.66kV、0.69kV、 1.14KV。 2. 电抗率为：1%、4.5%、5%、6%、7%、12%、14% 3. 绝缘等级：F级，电抗器噪声：≤45dB 4. 过载能力：≤1.35倍下连续运行 5. 三相电抗器的任意两项电抗值之差不大于±5%。 六、接线方式 七、技术参数 型号配套电容 （kvar） 电抗器容量 （kvar） 系统电压 （kV） 额定电流 （A） 电抗率 （%） 阻抗 （Ω） 电感 （mL） CKSG-1/0.48-5 20 1 0.48 24 5 0.579 1.844 CKSG-1.25/0.48- 5 25 1.25 30 0.463 1.475 CKSG-1.5/0.48-5 30 1.5 36 0.386 1.229 CKSG-2/0.48-5 40 2 48.11 0.288 0.917 CKSG-2.50.48-5 50 2.5 60.14 0.230 0.732 CKSG-3/0.48-5 60 3 72.17 0.192 0.611 CKSG-1.2/0.48-6 20 1.2 24 6 0.694 2.210 CKSG-1.5/0.48-6 25 1.5 30 0.556 1.770 CKSG-1.8/0.48-6 30 1.8 36 0.463 1.475 CKSG-2.4/0.48-6 40 2.4 48.11 0.346 1.101 CKSG-3/0.48-6 50 3 60.14 0.276 0.879 CKSG-3.6/0.48-6 60 3.6 72.17 0.230 0.732
铁芯电抗器设计程序 一．已知参数 1. 电抗器总容量 Q LZ 2. 电压等级 额定电压 U H 额定电流 I H 电抗率 K=%C L X X 二．确定铁芯直径、截面积 S D=4 K L Q K —系数 50～60 一般取中 Q L —电抗器每柱容量 Q LZ ÷3 D —铁芯直径 S=4D 2π S —铁芯截面 拼圆形铁芯查铁芯表 三．求匝电势 e t =45BS ? B —磁通密度 S —铁芯截面 45—系数044.41 f =45 四．计标匝数 N=t e N U = 取态数 N —匝数 N U —端电压 e t —匝电势 五．选导线 S ≈g N A I D S —导线截面 铜1.5～2.5（不浇注） N I —额定电流 铝0.8～2（不浇注） g A —电流密度 铜线1.1～1.2（浇注） 铝线0.7～0.8(浇注）
六．查线规表 b ×a b —线厚度 a —线宽度 当线截面小于12mm 2时选用丝包圆线 七．线圈计标 线圈层数N ∕N 层=层数 向小的方向圆整数：省料、噪音大、发热大 向大的方向圆整数：费料、噪声小、发热小 然后重新计算总匝数N 根据总匝数回算磁通密度B 线圈单面出线选奇数层 线圈双面出线选偶数层 八．线圈尺寸 轴向高度：导线高度×N 层＋1, 有换位时加一个导线宽度 再加0～1%余度， 有时可加到3% 幅向尺度：导线厚度×层数＋层间绝缘＋余度（1～5%）取整 九．绝缘半径 线圈幅向尺寸＋（内4＋外5） 浇注时：轴向尺寸＋40=A 窗高：轴向尺寸 A ＋90 窗宽：线圈外径＋相间绝缘距 线圈外径： ｛铁芯半径＋装配间隙（2.5～4）＋绝缘筒（3）＋风道（20）＋线圈内绝缘＋线圈厚＋5｝×2 十．线长 线圈平均直径D=（内径＋外径）÷2 线长 D π×N=线长L N 匝数 十一.导线电阻 R =S L ρ ρ—电阻率 L —导线长 S —导线截面 十二.导线发热 Q =0.24I 2Rt 杂散损耗Q ×1.05 十三.气隙 单柱气隙长度L =cm B IN 8.02 气隙个数 1cm 一个 往大方向取整 铁饼个数为：气隙个数－1 （窗高－气隙）∕饼数=饼高 或令饼高为60cm 窗高－60×（气隙数－1）－气隙数∕2=轭腿高
并联电容器用串联电抗器设计选择标准 CECS32-91 主编单位：能源部西南电力设计院 河北省电力工业局 批准单位：中国工程建设标准化协会 批准日期：1991年12月27日 第一章总则 第1.0.1条并联电容器用串联电抗器（以下简称电抗器）的设计选择必须执行国家的技术经济政策，并应根据安装地点的电网条件、谐波水平、自然环境等，合理地选择其技术参数，做到安全可靠、经济合理。 第1.0.2条本标准适用于变电所和配电所中新建或扩建的6～63KV并联电容器装置中电抗器的设计选择。 第1.0.3条本标准所指电抗器是串联于高压并联电容器回路中的电抗器，该电抗器用于限制合闸涌流，减轻电网电压波形畸变和防止发生系统谐波谐振。 第1.0.4条电抗器的设计选择，除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。 第二章环境条件 第2.0.1条电抗器的基本使用条件： 一、安装场所：户外或户内； 二、环境温度：－40℃～+40℃； －25℃～+45℃； 三、海拔：不超过1000m； 四、相对湿度：对于户内电抗器月平均相对湿度不超过90%，日平均不超过95%； 五、地震裂度：设计地震基本裂度为8度；即水平加速度0.3g，垂直加速度0.15g； 六、户外式最大风速为35m/s；
七、电抗器的外绝缘泄漏比距不应小于2.5cm/KV。对于重污秽地区可以取3.5cm/KV。 第2.0.2条选用电抗器时，应按当地环境条件校核，当环境条件超出其基本使用条件时，应通过技术经济比较分别采取下列措施： 一、向制造厂提出补充要求，制造符合当地环境条件的产品； 二、在设计中采取相应的防护措施，如采用户内布置、水冲洗、减震装置等。 第三章技术参数选择 第一节电抗率的选择 第3.1.1条电抗率的选择，应使装置接入处n次谐波电压含量和电容器上n次谐波电压值均不超过有关标准规定的限值。 第3.1.2条当仅需要限制合闸涌流时，宜选用电抗率为4.5%～6%的电抗器。 第3.1.3条为抑制5次及以上谐波电压放大，宜选用电抗率为4.5%～6%的电抗器；抑制3次及以上谐波电压放大，宜选用电抗率为12%～13%的电抗器。 第3.1.4条在电力系统谐波电压较大时，应由非线性用电设备所属单位负责采取限制谐波的措施，在采用交流滤波电容器装置时，电抗器应按滤波电抗器的要求选择。 第二节额定值 第3.2.1条电抗器的基本额定参数，应选择下列规定值： 一、额定频率：50Hz； 二、相数：1Φ或3Φ； 三、系统额定电压：6KV，10KV，35KV，63KV； 四、额定电抗率（K）：0.1%～1%，4.5%～6%，12%～13%。 第3.2.2条电抗器的额定电流应和与其串联组合的电容器或电容器组的额定电流相等。 第3.2.3条电抗器的额定端电压应等于与其串联组合的一相电容器额定电压的K倍，其值见表3.2.3。 第3.2.4条电抗器的额定容量，应等于与其串联组合的电容器或电容器组额定容量的K 倍。 第三节主要技术性能
07 级 《电磁装置设计原理——电抗器的设计》 设计报告 姓名 学号 专业班号 指导教师 日期
480KV/10KV 电抗器设计 一．电抗器的额定值和技术要求： 1、 额定容量KVA S N 480= 2、 额定电压KV U N 10= 3、 阻抗压降V U 3811= 4、 相数3=m 5、 额定电流A I N 419= 6、 损耗W P P Fe CU 7000≤+ 7、 线圈温升K T K 125< 电抗器的主要参数选择结果 二．电抗器的参数计算选择 1． 铁芯参数设计选择 铁芯直径选择 m m S K D D 206.03/48006.0/44=?==， 选择m D 310210-?=，采用30133-DQ 硅钢片，查表（5-1）得：
铁芯叠压系数：95.0=dp K 铁芯柱有效截面面积：24108.291m A z -?= 轭有效截面面积：24103.321m A e -?= 角重：kg G 8.84=? 铁芯最大片宽：m B M 2.0= 铁芯总叠厚：m M 178.0=? 铁轭片高：m b em 19.0= 矩形铁芯长宽确定 举行铁芯的面积由上面查表得到的数据确定，又要求a/b 为3， 则可选取长a=300mm ，宽b=100mm 。 有效铁芯截面积等于铁芯面积X 叠压系数：S A =*300*100=285002mm 2． 线圈参数设计选择 电抗额定值 1381X 0.909419N N V I === 设计后，要满足电抗器的电抗的标幺值为1~ 线圈匝数 初选81.0,18.0'==m k T B ，
匝6010 30087.050238181.0'24=?????==-ππZ m A fB V k W ，取整得：匝06=W 主电抗计算 初选单个气隙长度m 3105.6-?=δ，铁芯饼高度m H B 31005-?= 气隙磁通衍射宽度：mm H B 4.50035.0005.03500.0ln 105.3)ln(3=?? ? ??+?=+=-πδδπδε 气隙等效导磁面积： 265943)32100)(32300()2)(2(mm Bo Ao A =?+?+=++=εεδ 主电抗，取n=16： Ω=??????=?=-0.61310105.612659403.0605081087 322722πδπδn A fW X m 主电抗压降： V X I U m N m 2570.718419=?== 则可求铁芯中磁密： T fWA U B Z m 0.680285 .006050225721=???==ππ 线圈设计 1、 线圈高度估计值： mm H n H n H A B l 4781505.32150)112()1(=-?+?-=-+-=δ 2、初选导线：2334.139,1010104mm S m b m a L =?=?=--， 带绝缘导线 1a =?-3m 1b =?-3 m 3、并绕根数：初取电密 'J =?106Am 2 7101.5104.1391419'.'661=????== -J S pp I M L ，取整得：M=7 并且令NB=7,MB=1；
平波电抗器 1 引言 高压直流（High Voltage DirectCurrent，HVDC）换流站采用半控型的晶闸管器件，利用相控进行交—直和直—交两种变换，将产生大量的高次谐波。目前HVDC换流装置一般采用12脉动换流桥，在换流站的交流侧将产生12n±1次电流特征谐波，n为自然数；在直流侧则产生12n次电压特征谐波。各种各样的不对称（如不等间隔的触发脉冲、母线电压不对称、相间换相电抗的不对称及变压器励磁电流）将产生少量额外的非特征谐波。换流站交流侧的谐波电流进入交流系统后，将使系统电压波形发生畸变并造成不良影响和危害。换流站直流侧的谐波电压将在直流线路上分布谐波电压和电流，使邻近的通信线路受到干扰。 滤波装置可抑制上述谐波。HVDC采用的滤波装置数量多、电压等级高、等效容量大，且一般为户外式。滤波装置在换流站的投资和占地面积中均占有相当大的比重。其中，滤波装置费用大约占HVDC总体投资的10%~15%[1]。典型的HVDC拓扑结构如图1所示。 整流站与逆变站一般具有对称结构。在HVDC系统直流侧首先采用平波电抗器减小直流线路中电压和电流的谐波分量；但仅靠平波电抗器的作用还不能满足谐波治理的要求，还需另外装设滤波器。传统HVDC主要装设的是针对特征谐波的无源滤波器（Passive Filter，PF）。 2 直流侧滤波装置性能评估标准 HVDC采用架空输电线时，通信干扰是很严重的问题。由于电力线路和通信线路的相对传输功率水平相差悬殊，且HVDC特征谐波频带与普通线路通话频带重合，因此对通话清晰度有明显干扰。谐波对换流站其他装置的安全运行也有严重危害。 现在各国HVDC输电工程主要根据通信干扰程度评估线路谐波水平，常采用等效干扰电流I eq指标。I eq是与直流输电线上的各次谐波电流等效的单一频率（800Hz或1000Hz）电流，其产生的干扰可等效为各次谐波电流所产生的干扰，它由整流站和逆变站谐波电流共同产生，在整流站和逆变站出站处取得最大值，其定义式为 式中 m为考虑的最高次谐波次数，对于HVDC系统通常取值为100；I n为第n次谐波电流的有效值； h n为第n 次谐波的耦合系数；P n为频率的加权系数。h n、P n与频率的对应关系见文 [2]。 在直流系统处于双极、平衡运行情况下，I eq的允许值分为：高标准（I eq为100~300mA）；中等标准（I eq为300~1000mA）；低标准（I eq超过1000mA）。对于单极运行的直流系统，该标准可增大2~3倍。近年来，随着光纤通信的普及，以上标准也有逐渐放宽的趋势。 3 直流侧滤波装置 3.1 平波电抗器 平波电抗器的设计需要满足以下几方面的要求[3]： （1）平波电抗器在直流线路小电流情况下能保持电流的连续性，触发延迟角10.1°＜a<169.9° 时，此时其电感量为
电抗器设计选型简明手册 作者：编委会 出版社：中国科技文化出版社 出版日期：2009年5月 开本：16开 册数：4册 光盘数：0 定价：960元 优惠价：480元 进入20世纪，书籍已成为传播知识、科学技术和保存文化的主要工具。随着科学技术日新月异地发展，传播知识信息手段，除了书籍、报刊外，其他工具也逐渐产生和发展起来。但书籍的作用，是其他传播工具或手段所不能代替的。在当代, 无论是中国，还是其他国家，书籍仍然是促进社会政治、经济、文化发展必不可少的重要传播工具。 详细介绍： 第一篇电抗器概论 第一章电抗器概论 第二章电抗器的过滤过程 第三章电力系统中的过电压及电压调节
第二篇铁心电抗器的电抗计算 第一章主电抗计算 第二章漏电抗计算 第三章漏磁场分析与漏电计算 第三篇空心电抗器的电感计算 第一章自感计算 第二章绝缘修正值计算 第三章磁场与自感计算 第四章互感计算 第五章带磁屏蔽的空心电抗器的磁场 第四篇电抗器的电动力 第一章铁心电抗器 第二章空心电抗器 第六篇可控饱和电抗器设计计算 第一章饱和电抗器的原理与分析 第二章含可控电抗器长线暂态过程的高阶算法 第三章可控电抗器工作原理及所产生的谐波 第四章磁阀式可控电抗器的数学模型及特性 第五章磁阀式可控电抗器简化模型和漏电抗 第六章可控电抗器暂态过程及参数 第七章裂芯式可控电抗器的数学模型及特性分析 第八章可控电抗器限制操作过电压 第九章可控电抗器接入长线的非对称运行 第十章配网自动调谐消弧线圈及控制 第十一章磁阀式可控电抗器调压控制系统 第十二章电气化铁道运态无功补偿系统 第十三章提高可控电抗器响应速度的措施 第七篇干式电抗器设计计算 第一章干式电抗器的分类、用途及基本特征 第二章干式铁心电抗器 第三章干式空心电抗器 第四章中性点接地装置 第八篇 110（66）KV~500KV油浸式电抗器管理制度 第一章概述 第二章 110（66）KV~500KV油浸式电抗器技术标准 第三章 110（66）KV~500KV油浸式电抗器运行规范 第四章 110（66）KV~500KV油浸式电抗器检修规范 第五章 110（66）KV~500KV油浸式电抗器技术监督规定 第六章 110（66）KV~500KV油浸式电抗器事故措施 第七章 110（66）KV~500KV油浸式电抗器评价标准 第八章 110（66）KV~500KV油浸式电抗器技术改造指导意见第九篇 10KV~66KV干式电抗器管理制度 第一章概述 第二章 10KV~66KV干式电抗器技术标准
串联电抗器的作用及电抗率的选择 1 前言 随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。在并联电容器装置接入母线处的谐波“污染”暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效和可行的方法。 串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流[1]，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。但是串联电抗器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。 2 电抗器选择不当的后果 2.1 基本情况介绍 某110kV 变电所新装两组容量2400kvar 的电容器组，由生产厂家提供成套无功补偿装置，其中配置了电抗率为6%的串联电抗器，容量为144kvar。电容器组投入运行之后，经过实测发现，该110kV 变电所的10kV 母线的电压总畸变率达到4.33%，超过公用电网谐波电压（相电压）4%的限值[2]，其中 3 次谐波的畸变率达到 3.77%，超过公用电网谐波电压（相电压）3.2%的限值[2]。经过仔细了解和分析，发现该110kV 变电所的10kV 系统存在大量的非线性负载。即使在电容器组不投入运行的情况下，10kV 母线的电压总畸变率也高达4.01%，其中 3 次谐波的畸变率高达 3.48%。在如此谐波背景下，2400kvar 电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器是否适合？现计算分析如下。 2.2 电抗率的选择分析 （1）电容器装置侧有谐波源时的电路模型及参数在同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时（略去电阻），并联电容器装置的简化模型如图1 所示[3]。谐波电流和并联谐波阻抗为式中n 为谐波次数；n 为谐波源的第n 次谐波电流；XS 为系统等值基波短路电抗；XC 为电容器组基波容抗；XL 为串联电抗器基波电抗。由于谐波源为电流源，谐波电压放大率与谐波电流放大率相等，故由式⑴整理推导可得谐波电压放大率当式(2)谐波阻抗的分子的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为零，表示电容器装置与电网在第n 次谐波发生串联谐振，可得电容支路的串联谐振点当式(2)谐波阻抗的分母的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为∞，表示电容器装置与电网在第n 次谐波发生并联谐振，并可推导出电容器装置的谐振容量QCX[4]为系统及元件的参数如表1 所示。 （2）避免谐振分析计算电抗率选择6%时，发生3 次、5 次谐波谐振的电容器容量，将有关参数代入式(5)，得3 次、5 次谐波谐振电容器容量分别为由此可见，2400 kvar 的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器不会发生 3 次、 5 次谐波并联谐振或接近于谐振。 （3）限制涌流分析计算电抗率选择6%后，同一电抗率的电容器单组或追加投入时，能否有效抑制涌流，文献[4]中所提供的涌流峰值的标幺值（以投入的电容器组额定电流的
干式空心串联电抗器试验报告 一、工程概况： 安装位置：10kV 电容器组 试验日期：2006年11月27日 试验人员： 二、铭牌数据： 型号：CKGL—166.8/10—5W 额定电压：10KV 额定电抗率：5% 额定容量：168.8Kvar 额定电流：526 A 短时电流：10.5k A 3S 频率：50Hz 3相冲击水平：75kV 西安中杨电气股份有限公司2006年9月 三、绝缘电阻及直流电阻: 1、绝缘电阻（MΩ）： 试验设备：试验设备：2500V兆欧表 t= 18o C S= 70 % 安装位置相别出厂编号相间相对地 电容器二组A 06598 10000 10000 B 10000 10000 C 10000 10000 电容器三组A 06599 10000 10000 B 10000 10000 C 10000 10000 结论：合格 2、直流电阻（mΩ）: 试验设备：3393直流电阻测试仪 t=18 o C S=70 % 安装位置 A B C 不平衡率（%） 电容器二组 5.25 5.24 5.25 0.19 电容器三组 5.23 5.23 5.25 0.38 规程标准：三相电抗器直流电阻值相间差值不应大于三相平均值的2%。 电抗器直流电阻，与同温度下产品出厂值比较相应变化不应大于2%。 结论：合格 3、交流耐压试验： 对电抗器相间加交流电压30kV，一分钟无异常。 对电抗器绕组短接后整体对地加交流电压30kV，一分钟无异常。 结论：合格 1
干式空心串联电抗器试验报告 一、工程概况： 安装位置：10kV 电容器组 试验日期：2006年11月27日 试验人员： 二、铭牌数据： 型号：CKGL—400/10—10—12W 额定电压：10KV 额定电抗率：12% 额定容量：400Kvar 额定电流：481.1 A 短时电流：10.5k A 3S 频率：50Hz 3相冲击水平：75kV 西安中杨电气股份有限公司2006年9月 三、绝缘电阻及直流电阻: 1、绝缘电阻（MΩ）： 试验设备：试验设备：2500V兆欧表 t= 18o C S= 70 % 安装位置相别出厂编号相间相对地 电容器一组A 06597 10000 10000 B 10000 10000 C 10000 10000 结论：合格 3、直流电阻（mΩ）: 试验设备：3393直流电阻测试仪 t=18 o C S=70 % 安装位置 A B C 不平衡率（%） 电容器一组10.57 10.56 10.57 0.09 规程标准：三相电抗器直流电阻值相间差值不应大于三相平均值的2%。 电抗器直流电阻，与同温度下产品出厂值比较相应变化不应大于2%。 结论：合格 3、交流耐压试验： 对电抗器相间加交流电压30kV，一分钟无异常。 对电抗器绕组短接后整体对地加交流电压30kV，一分钟无异常。 结论：合格 2
《单相交流电抗器的简易工程设计》 杜保明 2006.03. 内容提要：本文结合产品的工程设计和生产的经验，举例介绍电抗器的铁心选用，线圈设计，磁路间隙，铜损和铁损的概算，温升的测算方法等。 关键词：单相交流电抗器，铁心，线圈，磁路间隙，铜损，高周波铁损概算，温升测算， 电抗器应用范围极为广泛，是电机启动，整流，变频，不间断电源等设备和系统中的不可或缺的部件之一。尤其是在变频和不间断电源系统中，电抗器的品质优劣可能直接决定了系统的性能和成本。 应该根据不同的要求来设计和制造电抗器，从而设计和计算的方法也各有差别。本文仅就不间断电源装置中交流电抗器的工程设计和概算方法进行讨论。 不间断电源的交流电抗器中通过的电流，既有基本频率的额定工作电流，又有进行调制的高频电流，还有相对应的各次高频谐波电流；在保证额定工作电流下的电抗值的同时，还要求保证在过负荷电流和饱和电流下的电抗；同时对电抗器的体积，重量，绝缘级别，尤其是负荷温升都有严格的规定。 交流电抗器的设计和计算依照下面所列的顺序进行。 1．根据对电抗器的基本电气参数要求，进行容量计算，选择铁心； 2．根据铁心及工作磁通密度，计算线圈的匝数和铁心的磁路间隙； 3．确定绕组的连接方式，选择绕组的线径（或载流面积），确定线圈的结构和尺寸； 4．计算绕组的铜损和铁心的铁损，判断绕组负荷温升和铁心负荷温升； 5．电抗器的整体结构设计和外形尺寸的检查。 以上的设计步骤是相互关联的，在步骤和步骤之间，如果发现不合，应随时加以调整。例如，当发现铁心窗口容纳不下绕组时，就要适当调整铁心的窗口尺寸；又如，当发生绕组铜损过大，线圈温升超出要求时，就必须调整绕组的导线载流面积，减小铜损，降低温升；等等。 以下就某型30KV A不间断电源中使用的单相交流电抗器为例，说明单相交流电抗器的简易工程设计和计算方法。 某型号30KV A不间断电源中对使用的单相交流电抗器的要求： 基本工作频率：fo = 50Hz；额定工作电流：I = 51.0 A； 额定工作电流时的电感量：L = 1.485mH±3%； 饱和电流（最大电流）：Ip = 122.4A； 饱和电流时的电感量：Lpm ≥L×99%； 调制开关频率和电流：f = 8000Hz；I f = 3.84Arms； 高次谐波频率和电流： f±2×50 2×f±50 2×f±3×50 3×f 3×f±2×50 0.61Arms 0.73Arms 0.17Arms 0.15Arms 0.28Arms 绝缘耐压：AC 2.5 kV 1分钟；绝缘电阻：DC1000V 100MΩ以上； 绝缘等级：H 级； 负荷状态：100% 连续；使用的回路电压：AC 415V 安装，使用环境和温度：室内机柜中，卧式，电抗器平均周温 45℃； 冷却条件和允许温升：前-后风速2m / s , 温升75℃以下（电抗器温度最高 120℃）； 体积：L ≤195mm，W≤105mm，H ≤165mm。