10m長線均流法的研究

崔成旺

廊坊職業技術學院電氣工程系，河北廊坊 065000

10m長線均流法的研究

崔成旺

廊坊職業技術學院電氣工程系，河北廊坊 065000

本文針對功率柜的均流問題的由來、傳統解決方法及存在的缺陷進行了研究，并通過理論分析證明了在10m長線均流法中動態均流主要是電感效應的作用，靜態均流主要是電阻效應的作用。

功率柜；電流均衡；10m長線均流法；研究

1 均流問題的由來、傳統解決方法及缺陷

功率柜并聯使用時的主要問題是電流分配不均，這樣會造成某些柜因為電流過大而加速老化甚至引起故障。造成電流分配不均衡的原因有：晶閘管伏安特性不一致，引線不對稱，觸發脈沖不同時等問題。靜態均流問題，正向壓降小的承受大電流；動態均流問題，每個元件的開通時間可能不同，當他們并在一起同時接受觸發脈沖，開通時間小的先導通、端電壓先下降。先通的通過電流大，有可能因di/dt過大造成損壞。

為提高均流效果，除盡可能選取特性一致的元件，提高觸發性能外，還可以采取如下措施。在并聯晶閘管中各自串接電阻，串接電阻之后，電流不均勻度可降低到 5%。但是所串聯的電阻不宜太大，以在額定電流時由0.5V壓降為宜，否則附加損耗太大。很明顯，此法不宜在大功率功率柜中采用。在大容量應用時，可以通過細心選配元件的正向壓降、快熔內阻、空芯電抗內阻和主電路的連接電纜電阻，使之盡量平衡來取得一定程度的解決。

均流（也有限制di/dt的作用）也常用在母線上套磁環的方法來解決，尤其在高頻和脈沖式工作的電路中更常采用。

在2個功率柜交流回路中串接電流互感器能起限制di/dt的作用，容易達到不均勻度小于10%的要求。缺點是較笨重，多只元件并聯時，連線也很復雜。

多個晶閘管并聯時，一般是用各自串電抗器的方法來實現均流和限制di/dt、dv/dt。串電抗器限制di/dt 是容易理解的，限制dv/dt的作用是電抗器與換流過電壓保護器件RC共同完成的。

2 10m長線均流的電感電阻效應

在勵磁工業應用中，十米長線均流法是主要的均流方法之一。10m長線均流是指每個功率柜的三相交流輸入端通過3條10m左右的電纜接到三相勵磁變壓器的副邊，此10m電纜起到均衡功率柜間電流的作用。10m電纜到底通過電阻的作用還是電感的作用來達到均流的目的一直沒有得到深入研究。

本文通過計算10m電纜的電感及電阻來推導十米電纜均流起作用的方式。

設電纜為圓截面，由若干圓截面的銅線組成，在頻率較低的情況下可忽略集膚效應，電纜可近似等效為一根圓截面的導線。

電纜的電阻

式中：ρ=0.017241Ωmm2/m，為銅的電導率；為導線長度，m；s為導線截面積，mm2。

10m電纜的電阻

在直流或低頻情況下，直線電纜的電感

式中：l為導線長度，m；r為導線截面的半徑，mm；μ0=4π×10-7H/m，為真空磁導率。

十米電纜的電感

螺線管的電感

式中：w為螺線管的匝數；μ0=4π×10-7H/m，為真空磁導率；d為螺線管的直徑，mm；Φ為隨比值α=l/d變化的數值；l為螺線管的長度，m。

設截面積S=120mm2則導線截面半徑r=6.183mm，設絕緣層厚3mm則電纜直徑D＝2r+6＝18.361mm當電纜緊密相接繞成螺線管時，線匝間的間距τ可近似為D，則l＝Dw。

例如：設d=0.75m，w =4則l=73.444mm，查表Φ=20.07，螺線管電纜的總長度lscable=πdw=9.425m，剩余直線電纜的電感和螺線管的電感相比可忽略不計，則十米電纜螺線管的電感

根據式（6）取不同的螺線管線圈匝數和螺線管線圈直徑可得表1。表1清楚的反映了螺線管線圈匝數和螺線管線圈直徑變化時電纜螺線管的電感值的變化情況。

表1 線圈匝數和線圈直徑變化時螺線管的電感值

3 結論

從過去的現場運行情況看，一臺2000A的功率柜的總發熱應在7kW～8kW。兩臺2000A功率柜并聯，其中1號功率柜的某型號晶閘管的壓降為1.00V（假定6個晶閘管的壓降相同），輸出電流1600A，晶閘管導通電阻0.625mΩ、總發熱量4.8kW。2號2000A的功率柜的同型號晶閘管的壓降為1.10V（假定6個晶閘管的壓降相同），輸出電流2400A，晶閘管導通電阻0.458 mΩ、總發熱量7.92kW，均流系數0.83。由式（3）可知，10m電纜的電阻約為1.5mΩ。加入10m電纜后，一號功率柜的輸出電流1919A，2號功率柜的輸出電流2081A，均流系數0.97。

由式（5）和表1可知10m電纜的電感肯定大于1μH，所以其動態均流的效果令人滿意。

TN7

A

1674-6708（2010）30-0151-01

崔成旺，講師，研究方向：電子技術在電氣控制中的應用