交直流电抗器(电感)负载测试设备的研究

摘 要： 在交直流电抗器的开发和生产中，要测量在绕组中通过规定交流或直流电流时的电感以及额定电流下的温升；对于小功率电抗器的测试利用已有的测试仪器就可以完成，而对于电流几百安培的大功率电抗器或电感的测量，在没有现成合用设备时，就要自制设备来进行。

关键字： 电抗器，电感器

      在交直流电抗器的开发和生产中，要测量在绕组中通过规定交流或直流电流时的电感以及额定电流下的温升；对于小功率电抗器的测试利用已有的测试仪器就可以完成，而对于电流几百安培的大功率电抗器或电感的测量，在没有现成合用设备时，就要自制设备来进行。

一、交流电感或电抗器的测试设备 
对交流电抗器(电感)的绕组施加交流时，绕组中的电流和绕组端子间的电压降成正比，和电源的频率及电感成反比；即  

     在电感器绕组中通过额定电流I（安培）时测出绕组的压降V（伏），即可以计算出其电感L值来。 
                                                          L=3.185×(V/I)   (mH)           （式1-2）
    根据具体产品所要求的额定电流和规格电感值，可以估算出其绕组的压降范围，选用合适的自耦调压变压器和输出匹配变压器以及足够精度的电压、电流表进行测量即可。
交流电抗测试台应用举例：
常州博邦电气为了试制和生产需要，曾研究与开发了用于200V/55kW (1200A/0.01mH)和400V/75kW(685A/0.04mH)启动电抗器的测量的电抗测试台。

T1为20kW单相自耦调压变压器；
T2为输出匹配变压器；
I为1200A交流数字电流表（也可以使用钳形数字电流表）；
V为20V交流电压表（精度0.01V）；
Lx为被测电抗。
其中，T2变压器为自制，详细研究与开发参数如下：
1) 铁芯：使用截面积120cm2的单相EI形叠片铁心；
2) 初级绕组：使用2mm×10mm的玻璃丝包铜线绕52匝；
3) 次级绕组：使用5mm×50mm的扁铜条绕3.5匝，并用同样的铜条引出到被测电抗器的接入点。
    由于测试是间歇进行的，当输入电压为200V时，输出13V左右，输出电流可允许1200A以上。
测试方法：
1) 被测产品要和测试接点可靠连接；
2) 电压要从零伏开始缓缓升高；
3) 注意电流表读数，当电流达到预定值并稳定后，迅速记录电压表读数，然后将电压恢复到零；
4) 利用得到的电压电流值，根据式1-2计算电感或电抗器的相应电感值。

二、直流电感或电抗器测试设备
    直流电抗测试设备，是在交流测试设备的基础上，将交流整流后得到直流输出，原理图如图2：

      直流电感的感值，一般在线圈绕组中通过规定直流电流时用电感测试仪在 1kHz/1V条件下测试。由于施加直流的电源内阻很小，呈交流短路状态，因此必须在电源回路中串接一大的电感，使其在给被测电感施加电流时，呈现比被测电感大得多的感抗值，才不会影响被测电感的测试。

    由于附加电感L和被测电感处于并联状态，如果Lx的测试读值和实际值误差不大于5%时，附加电感 L的电感值应在被测电感的电感值的20倍以上。

三、交直流电抗器测试台的研究与开发和应用
(1) 原理图及部件规格

      在大功率交直流电感或电抗器测试时，需要在绕组中通过几十或几百安培的额定电流时进行；为了大电流的直流电感或电抗器产品的测试，我们在交流电感测试设备的基础上，在自备条件下，研究与开发了交/直电抗器(电感)的测试设备，其设备的电原理图如下。

K1为300A单相空气开关； 
T1为功率30kW以上的单相自耦调压变压器；
T2为输出匹配变压器；
Ia为4位半300V数显交流电流表；
Va为4位半300V数显交流电压表；
Ax1，Ax2是交流电感或电抗器测试接入端子；
K2 是接入直流测试用的300A单相空气开关；
DRx4 是4只300A的整流管用铜扳搭接成的整流桥；
C 是4x4300μF/150V电容器并联组；
R 是200Ω/50W电阻；
Vd 是4位半200V数显直流电压表；
L 为直流测试附加电感；
Id 为4位半300A数显直流电流表；
Dx1，Dx2为直流电感或电抗器测试接入端子。
注：交流电表的电源在K1闭合时接入，直流电表的电源在K2闭合时接入。

(2) 重要部件的研究与开发方法
T2变压器的研究与开发：
1) 铁芯：使用截面积120cm2的单相EI形叠片铁心；
2) 初级绕组：使用2mm×10mm的铜线绕52匝；
3) 次级绕组：使用4根3×7mm的扁铜线并绕14匝。
   
    由于测试是间歇进行的，当交流输入电压为200V时，输出52V左右，输出电流可允许到300A。因为要工作在大电流状态，所以设备的电流回路部件之间的联接必须可靠，并使用足够面积的联接线。

L电感的规格的确定与研究与开发：
在直流电感或电抗器测试时，回路中的测试附加电感的大小直接影响到测试的精确度，整台设备中，附加电感 L应该是测试设备研究与开发中关键部件之一，应根据测试能力确定合适的电感L（参考第二部分：直流电抗测试设备），以下是常州博邦电气 L电感的研究与开发说明：
测试附加电感也就是一个在大电流下具有较大电感的直流电感，具体研究与开发方法如下：
1) 铁芯：可使用如 图5 的“口”字形的H50叠片铁心，铁芯截面积约为325cm2；
2) 线包：线包用2根2×10mm的玻璃丝包扁铜线并联，卷绕 4个210匝的线圈，两个线圈串连作为一组，铁心的每柱上安装一组线圈；
3) 铁芯磁路间隙：铁心的磁路间隙为32mm左右，间隙板使用环氧玻璃钢板，上部间隙板厚约10mm，下部间隙板厚约6.0mm；
4) 铁芯用量：约400kg；
5) 铜线用量：四个线圈共用铜线约400kg；
6) 总重：整个电感重量约900kg。

      研究与开发完成的附加电感，每组线圈的直流电阻约200mΩ，2组线圈串联不加电流时电感约为897mH（实测值910mH），在150A电流下应有280mH的电感（估算值）；2组线圈并联时直流电组约100mΩ，不加电流时电感约227mH（实测值258mH），在300A电流下应有75mH的电感（估算值）。

    除附加电感在外放置外，所有部件安装在一个测试台中，为了防止测试产品时发生短路现象，放置产品的台面要用厚玻璃钢板研究与开发。

    常州博邦电气研究与开发的测试设备中 L电感目前的连接状态为并联方式，设备测试能力如下：
交流测试时，测试范围为1A/165mH到300A/0.5mH；
直流测试时，测试范围受附加电感的直流叠加特性所限，当测试误差不大于5%时，测试范围为1A/23mH到300A/3.5mH。

    需要特别注意的是，本设备是按间歇式工作设计的，当测试电流在200A以上，产品和产品测试的间隔时间很短时，要注意整流器件和附加电感的发热情况，必要时可增加散热设备。

(3) 本设备在使用方法和注意事项
A交流电抗器(电感)测试
操作方法：
1) 打开电源开关K1，T1输出电压调整到“0”V，将被测电感接入测试端子Ax1和Ax2间；
2) 缓缓转动变压器T1的旋柄，调整输出电压，观察电流表Iac；
3) 当电流达到被测电感的额定电流值I时，记录此时电压表Vac的电压值V；
4) 将T1的输出回到“0”，取出已测电抗，此次测试完成；
5) 如还有电抗需要测试，重复以上有关步骤即可；
6) 如果测试完成，关断电源开关K1（交流测试时，不打开开关K2）；
7) 被测电抗器（电感器）的电感值Lx（或称ACL值）可用下式计算；   
Lx≈V/(2×π×f×I)=V/(314×I)     (H)
或  Lx≈3.185×(V/I)              (mH)

B直流电抗器(电感)测试
操作方法：