交直流電抗器(電感)負載測試設備的研究

摘 要： 在交直流電抗器的開發和生產中，要測量在繞組中通過規定交流或直流電流時的電感以及額定電流下的溫升；對于小功率電抗器的測試利用已有的測試儀器就可以完成，而對于電流幾百安培的大功率電抗器或電感的測量，在沒有現成合用設備時，就要自制設備來進行。

關鍵字： 電抗器，電感器

      在交直流電抗器的開發和生產中，要測量在繞組中通過規定交流或直流電流時的電感以及額定電流下的溫升；對于小功率電抗器的測試利用已有的測試儀器就可以完成，而對于電流幾百安培的大功率電抗器或電感的測量，在沒有現成合用設備時，就要自制設備來進行。

一、交流電感或電抗器的測試設備 
對交流電抗器(電感)的繞組施加交流時，繞組中的電流和繞組端子間的電壓降成正比，和電源的頻率及電感成反比；即  

     在電感器繞組中通過額定電流I（安培）時測出繞組的壓降V（伏），即可以計算出其電感L值來。 
                                                          L=3.185×(V/I)   (mH)           （式1-2）
    根據具體產品所要求的額定電流和規格電感值，可以估算出其繞組的壓降范圍，選用合適的自耦調壓變壓器和輸出匹配變壓器以及足夠精度的電壓、電流表進行測量即可。
交流電抗測試臺應用舉例：
常州博邦電氣為了試制和生產需要，曾研究與開發了用于200V/55kW (1200A/0.01mH)和400V/75kW(685A/0.04mH)啟動電抗器的測量的電抗測試臺。

T1為20kW單相自耦調壓變壓器；
T2為輸出匹配變壓器；
I為1200A交流數字電流表（也可以使用鉗形數字電流表）；
V為20V交流電壓表（精度0.01V）；
Lx為被測電抗。
其中，T2變壓器為自制，詳細研究與開發參數如下：
1) 鐵芯：使用截面積120cm2的單相EI形疊片鐵心；
2) 初級繞組：使用2mm×10mm的玻璃絲包銅線繞52匝；
3) 次級繞組：使用5mm×50mm的扁銅條繞3.5匝，并用同樣的銅條引出到被測電抗器的接入點。
    由于測試是間歇進行的，當輸入電壓為200V時，輸出13V左右，輸出電流可允許1200A以上。
測試方法：
1) 被測產品要和測試接點可靠連接；
2) 電壓要從零伏開始緩緩升高；
3) 注意電流表讀數，當電流達到預定值并穩定后，迅速記錄電壓表讀數，然后將電壓恢復到零；
4) 利用得到的電壓電流值，根據式1-2計算電感或電抗器的相應電感值。

二、直流電感或電抗器測試設備
    直流電抗測試設備，是在交流測試設備的基礎上，將交流整流后得到直流輸出，原理圖如圖2：

      直流電感的感值，一般在線圈繞組中通過規定直流電流時用電感測試儀在 1kHz/1V條件下測試。由于施加直流的電源內阻很小，呈交流短路狀態，因此必須在電源回路中串接一大的電感，使其在給被測電感施加電流時，呈現比被測電感大得多的感抗值，才不會影響被測電感的測試。

    由于附加電感L和被測電感處于并聯狀態，如果Lx的測試讀值和實際值誤差不大于5%時，附加電感 L的電感值應在被測電感的電感值的20倍以上。

三、交直流電抗器測試臺的研究與開發和應用
(1) 原理圖及部件規格

      在大功率交直流電感或電抗器測試時，需要在繞組中通過幾十或幾百安培的額定電流時進行；為了大電流的直流電感或電抗器產品的測試，我們在交流電感測試設備的基礎上，在自備條件下，研究與開發了交/直電抗器(電感)的測試設備，其設備的電原理圖如下。

K1為300A單相空氣開關； 
T1為功率30kW以上的單相自耦調壓變壓器；
T2為輸出匹配變壓器；
Ia為4位半300V數顯交流電流表；
Va為4位半300V數顯交流電壓表；
Ax1，Ax2是交流電感或電抗器測試接入端子；
K2 是接入直流測試用的300A單相空氣開關；
DRx4 是4只300A的整流管用銅扳搭接成的整流橋；
C 是4x4300μF/150V電容器并聯組；
R 是200Ω/50W電阻；
Vd 是4位半200V數顯直流電壓表；
L 為直流測試附加電感；
Id 為4位半300A數顯直流電流表；
Dx1，Dx2為直流電感或電抗器測試接入端子。
注：交流電表的電源在K1閉合時接入，直流電表的電源在K2閉合時接入。

(2) 重要部件的研究與開發方法
T2變壓器的研究與開發：
1) 鐵芯：使用截面積120cm2的單相EI形疊片鐵心；
2) 初級繞組：使用2mm×10mm的銅線繞52匝；
3) 次級繞組：使用4根3×7mm的扁銅線并繞14匝。
   
    由于測試是間歇進行的，當交流輸入電壓為200V時，輸出52V左右，輸出電流可允許到300A。因為要工作在大電流狀態，所以設備的電流回路部件之間的聯接必須可靠，并使用足夠面積的聯接線。

L電感的規格的確定與研究與開發：
在直流電感或電抗器測試時，回路中的測試附加電感的大小直接影響到測試的精確度，整臺設備中，附加電感 L應該是測試設備研究與開發中關鍵部件之一，應根據測試能力確定合適的電感L（參考第二部分：直流電抗測試設備），以下是常州博邦電氣 L電感的研究與開發說明：
測試附加電感也就是一個在大電流下具有較大電感的直流電感，具體研究與開發方法如下：
1) 鐵芯：可使用如 圖5 的“口”字形的H50疊片鐵心，鐵芯截面積約為325cm2；
2) 線包：線包用2根2×10mm的玻璃絲包扁銅線并聯，卷繞 4個210匝的線圈，兩個線圈串連作為一組，鐵心的每柱上安裝一組線圈；
3) 鐵芯磁路間隙：鐵心的磁路間隙為32mm左右，間隙板使用環氧玻璃鋼板，上部間隙板厚約10mm，下部間隙板厚約6.0mm；
4) 鐵芯用量：約400kg；
5) 銅線用量：四個線圈共用銅線約400kg；
6) 總重：整個電感重量約900kg。

      研究與開發完成的附加電感，每組線圈的直流電阻約200mΩ，2組線圈串聯不加電流時電感約為897mH（實測值910mH），在150A電流下應有280mH的電感（估算值）；2組線圈并聯時直流電組約100mΩ，不加電流時電感約227mH（實測值258mH），在300A電流下應有75mH的電感（估算值）。

    除附加電感在外放置外，所有部件安裝在一個測試臺中，為了防止測試產品時發生短路現象，放置產品的臺面要用厚玻璃鋼板研究與開發。

    常州博邦電氣研究與開發的測試設備中 L電感目前的連接狀態為并聯方式，設備測試能力如下：
交流測試時，測試范圍為1A/165mH到300A/0.5mH；
直流測試時，測試范圍受附加電感的直流疊加特性所限，當測試誤差不大于5%時，測試范圍為1A/23mH到300A/3.5mH。

    需要特別注意的是，本設備是按間歇式工作設計的，當測試電流在200A以上，產品和產品測試的間隔時間很短時，要注意整流器件和附加電感的發熱情況，必要時可增加散熱設備。

(3) 本設備在使用方法和注意事項
A交流電抗器(電感)測試
操作方法：
1) 打開電源開關K1，T1輸出電壓調整到“0”V，將被測電感接入測試端子Ax1和Ax2間；
2) 緩緩轉動變壓器T1的旋柄，調整輸出電壓，觀察電流表Iac；
3) 當電流達到被測電感的額定電流值I時，記錄此時電壓表Vac的電壓值V；
4) 將T1的輸出回到“0”，取出已測電抗，此次測試完成；
5) 如還有電抗需要測試，重復以上有關步驟即可；
6) 如果測試完成，關斷電源開關K1（交流測試時，不打開開關K2）；
7) 被測電抗器（電感器）的電感值Lx（或稱ACL值）可用下式計算；   
Lx≈V/(2×π×f×I)=V/(314×I)     (H)
或  Lx≈3.185×(V/I)              (mH)

B直流電抗器(電感)測試
操作方法：