可調式大容量三相負載箱設計

楊波 喬明

摘要：三相負載箱是三相交流實驗中經常使用的設備，三相負載可調有利于實驗數據的獲得。在設計可調式電感器的基礎上設計了可調式大容量三相負載箱，它具有過流保護功能，工作元件顯示功能，電感元件參數可調功能。

關鍵詞：三相負載箱;可調電感器;刻度盤;負載參數

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元件或固定參數元件的組合，難以進行連續可變負載參數的實驗，給師生科學實驗帶來諸多不便。研制連續可調電感器，并與可調電阻器、電容器組組合構成可調式大容量三相負載箱。由于電力系統的三相負載大多屬于感性，因此在實驗中基本解決了大容量三相負載參數不能連續調節的問題。

2.可調式大容量三相負載箱設計原理

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

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。多個電容器并聯等效電容為：

C=C1+C2+C3+…+CN

此式說明并聯電容越多，其電容值越大。

2.3電感參數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。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，電工硅鋼片、冷軋硅鋼片或坡莫合金等都是理想達到鐵磁材料。在設計時適當降低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兩種規格。

3.可調電感器結構設計

可調電感器結構見圖1所示。為了改變磁通量的流通路徑，鐵芯設計在由非鐵磁材料構成的滑道內，由實心轉軸控制。空心轉軸控制線圈調節觸頭。線圈為漆包線的多層結構，在線圈的上邊開有導電槽，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，達到連續可調的目的。結構說明如下：

1：內轉軸——實心;2：外轉軸——空心;3：固定導槽——非鐵磁材料;4：內轉軸連桿;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——導體彈片;12：線圈滑頭——導體彈片;13：外轉軸連桿——絕緣體。

4.可調式大容量三相負載箱電路結構設計

可調式大容量三相負載箱電路結構如圖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、三個可調電感器、三組電容器（每組三個不同電容值）組成。控制電路控制顯示燈和元件過流。元件接出點一端接有過流保護器，防止過流損壞元件。每個元件接有電流互感器，當元件工作時通過控制板控制相應的燈點亮。由于負載箱允許功率較大，工作時溫度可能較高，在電源接入端接有電風扇，降低箱內溫度。

5.可調式大容量三相負載箱結構設計

可調式大容量三相負載箱結構如圖3所示。面板分為三部份，每部份由一個可調式電阻器、一個可調電感器、三個定值電容器（電容器分為三組，由撥動快關投退，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，每個可調電感器調節旋鈕有前后兩檔，前檔調節線圈位置，即間斷調節（調節滑頭），后檔調節鐵芯位置，即連續調節（調節鐵芯位置）。箱體中的每個負載通過接線插孔可以單獨使用，也可聯合使用，可以根據三相負載的性質和大小來選擇。各部份說明如下：1箱體;2工作指示燈;3可調電阻;4接線插孔;5可調電阻刻度盤;6可調電阻調節旋;7腳輪;8可調電感;9可調電感刻度盤;10可調電感外指示盤;11可調電感內指示盤;12可調電感調節旋鈕;13電容器組;14撥動開關;15散熱孔;16散熱風扇（箱體內）17電源插頭;18電源線。

6.結束語

可調式大容量三相負載箱使用方便，具有過流過壓保護，安全可靠，調節范圍大，搬運方便，可應用在各強電類實驗室中。此設備的開發研制，有利于三相交流有關的科學試驗，也可用在單相交流電的實驗中，方便了廣大師生對實驗數據的讀取。此設備還沒有解決電容連續可調問題，有待進一步研究開發。

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：哈爾濱電力職業技術學院）