可调式大容量三相负载箱设计

杨波 乔明

摘要：三相负载箱是三相交流实验中经常使用的设备，三相负载可调有利于实验数据的获得。在设计可调式电感器的基础上设计了可调式大容量三相负载箱，它具有过流保护功能，工作元件显示功能，电感元件参数可调功能。

关键词：三相负载箱;可调电感器;刻度盘;负载参数

1.引言

目前，在各电力类院校实验室中所使用的大容量电感器为固定参数元件或固定参数元件的组合，难以进行连续可变负载参数的实验，给师生科学实验带来诸多不便。研制连续可调电感器，并与可调电阻器、电容器组组合构成可调式大容量三相负载箱。由于电力系统的三相负载大多属于感性，因此在实验中基本解决了大容量三相负载参数不能连续调节的问题。

2.可调式大容量三相负载箱设计原理

2.1三相负载的连接方式有星形连接和三角形链接，每一个三相负载有三组负载参数，即三个单相参数，单相参数表示形式为：

Z=R+j（ωL-1/ωC）

式中R为电阻;ω为角频率：L为电感;C为电容;Z为阻抗。

2.2电容参数C可由单一电容器提供，也可由多个电容提供。多个电容器并联等效电容为：

C=C1+C2+C3+…+CN

此式说明并联电容越多，其电容值越大。

2.3电感参数L可由电感原件提供。空心线圈阻抗与理想线圈阻抗误差较小，铁芯线圈的等效阻抗与理想线圈阻抗误差较大，主要影响因素是由于铁芯的磁饱和、磁滞及铁损耗。当采取加大漏磁通量，总磁通的部分通过磁铁，可以控制铁芯线圈的有功电流和无功电流的占比在5%以内。铁芯的有功电流主要由铁芯线圈损耗引起的，铁芯线圈损耗主要由铜损和铁损两项。铜损是指线圈电阻的损耗，用Pcu表示，即Pcu=RI2。鐵损是指磁滞损耗和窝流损耗。

为了减少磁滞损耗，常采用磁滞回线面积狭长的铁磁物质，电工硅钢片、冷轧硅钢片或坡莫合金等都是理想达到铁磁材料。在设计时适当降低Bm值，可以防止磁饱和过深，这是降低磁滞损耗的方法。

减少窝流损耗的办法一是增大铁芯材料的电阻率，在钢片中渗入硅可使其电阻大大增加;二是用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠成铁芯，以增大铁芯中窝流回路的电阻。工频工作下采用的硅钢片有0.35mm和0.5mm两种规格。

3.可调电感器结构设计

可调电感器结构见图1所示。为了改变磁通量的流通路径，铁芯设计在由非铁磁材料构成的滑道内，由实心转轴控制。空心转轴控制线圈调节触头。线圈为漆包线的多层结构，在线圈的上边开有导电槽，线圈滑头可在上面滑动，线圈触头每滑过一个相邻线圈时，电感量有跳跃变化，此时用铁芯位置的改变做微调，达到连续可调的目的。结构说明如下：

1：内转轴——实心;2：外转轴——空心;3：固定导槽——非铁磁材料;4：内转轴连杆;5：骨架挡板;6：滑动铁芯——硅钢片叠片;7：线圈引线8：滑条--铜片;9：电感线圈——多层线圈圈;10：线圈骨架——长方体;11：滑板滑头——导体弹片;12：线圈滑头——导体弹片;13：外转轴连杆——绝缘体。

4.可调式大容量三相负载箱电路结构设计

可调式大容量三相负载箱电路结构如图2所示。整个电路由元件组和控制电路组成，电路元件组由三个滑动电阻器、三个可调电感器、三组电容器（每组三个不同电容值）组成。控制电路控制显示灯和元件过流。元件接出点一端接有过流保护器，防止过流损坏元件。每个元件接有电流互感器，当元件工作时通过控制板控制相应的灯点亮。由于负载箱允许功率较大，工作时温度可能较高，在电源接入端接有电风扇，降低箱内温度。

5.可调式大容量三相负载箱结构设计

可调式大容量三相负载箱结构如图3所示。面板分为三部份，每部份由一个可调式电阻器、一个可调电感器、三个定值电容器（电容器分为三组，由拨动快关投退，共8种组合工作方式）组成。每个元件上面有工作指示灯，每个电容器接有单刀开关，每个可调电感器调节旋钮有前后两档，前档调节线圈位置，即间断调节（调节滑头），后档调节铁芯位置，即连续调节（调节铁芯位置）。箱体中的每个负载通过接线插孔可以单独使用，也可联合使用，可以根据三相负载的性质和大小来选择。各部份说明如下：1箱体;2工作指示灯;3可调电阻;4接线插孔;5可调电阻刻度盘;6可调电阻调节旋;7脚轮;8可调电感;9可调电感刻度盘;10可调电感外指示盘;11可调电感内指示盘;12可调电感调节旋钮;13电容器组;14拨动开关;15散热孔;16散热风扇（箱体内）17电源插头;18电源线。

6.结束语

可调式大容量三相负载箱使用方便，具有过流过压保护，安全可靠，调节范围大，搬运方便，可应用在各强电类实验室中。此设备的开发研制，有利于三相交流有关的科学试验，也可用在单相交流电的实验中，方便了广大师生对实验数据的读取。此设备还没有解决电容连续可调问题，有待进一步研究开发。

参考文件

[1] 朱晓萍，霍龙.电路及磁路[M].北京：高等教育出版社，2013：281-293.

[2] 张长富.电路[M].北京：中国电力出版社，2008：122-130.

（作者单位：哈尔滨电力职业技术学院）