10m长线均流法的研究

崔成旺

廊坊职业技术学院电气工程系，河北廊坊 065000

10m长线均流法的研究

崔成旺

廊坊职业技术学院电气工程系，河北廊坊 065000

本文针对功率柜的均流问题的由来、传统解决方法及存在的缺陷进行了研究，并通过理论分析证明了在10m长线均流法中动态均流主要是电感效应的作用，静态均流主要是电阻效应的作用。

功率柜；电流均衡；10m长线均流法；研究

1 均流问题的由来、传统解决方法及缺陷

功率柜并联使用时的主要问题是电流分配不均，这样会造成某些柜因为电流过大而加速老化甚至引起故障。造成电流分配不均衡的原因有：晶闸管伏安特性不一致，引线不对称，触发脉冲不同时等问题。静态均流问题，正向压降小的承受大电流；动态均流问题，每个元件的开通时间可能不同，当他们并在一起同时接受触发脉冲，开通时间小的先导通、端电压先下降。先通的通过电流大，有可能因di/dt过大造成损坏。

为提高均流效果，除尽可能选取特性一致的元件，提高触发性能外，还可以采取如下措施。在并联晶闸管中各自串接电阻，串接电阻之后，电流不均匀度可降低到 5%。但是所串联的电阻不宜太大，以在额定电流时由0.5V压降为宜，否则附加损耗太大。很明显，此法不宜在大功率功率柜中采用。在大容量应用时，可以通过细心选配元件的正向压降、快熔内阻、空芯电抗内阻和主电路的连接电缆电阻，使之尽量平衡来取得一定程度的解决。

均流（也有限制di/dt的作用）也常用在母线上套磁环的方法来解决，尤其在高频和脉冲式工作的电路中更常采用。

在2个功率柜交流回路中串接电流互感器能起限制di/dt的作用，容易达到不均匀度小于10%的要求。缺点是较笨重，多只元件并联时，连线也很复杂。

多个晶闸管并联时，一般是用各自串电抗器的方法来实现均流和限制di/dt、dv/dt。串电抗器限制di/dt 是容易理解的，限制dv/dt的作用是电抗器与换流过电压保护器件RC共同完成的。

2 10m长线均流的电感电阻效应

在励磁工业应用中，十米长线均流法是主要的均流方法之一。10m长线均流是指每个功率柜的三相交流输入端通过3条10m左右的电缆接到三相励磁变压器的副边，此10m电缆起到均衡功率柜间电流的作用。10m电缆到底通过电阻的作用还是电感的作用来达到均流的目的一直没有得到深入研究。

本文通过计算10m电缆的电感及电阻来推导十米电缆均流起作用的方式。

设电缆为圆截面，由若干圆截面的铜线组成，在频率较低的情况下可忽略集肤效应，电缆可近似等效为一根圆截面的导线。

电缆的电阻

式中：ρ=0.017241Ωmm2/m，为铜的电导率；为导线长度，m；s为导线截面积，mm2。

10m电缆的电阻

在直流或低频情况下，直线电缆的电感

式中：l为导线长度，m；r为导线截面的半径，mm；μ0=4π×10-7H/m，为真空磁导率。

十米电缆的电感

螺线管的电感

式中：w为螺线管的匝数；μ0=4π×10-7H/m，为真空磁导率；d为螺线管的直径，mm；Φ为随比值α=l/d变化的数值；l为螺线管的长度，m。

设截面积S=120mm2则导线截面半径r=6.183mm，设绝缘层厚3mm则电缆直径D＝2r+6＝18.361mm当电缆紧密相接绕成螺线管时，线匝间的间距τ可近似为D，则l＝Dw。

例如：设d=0.75m，w =4则l=73.444mm，查表Φ=20.07，螺线管电缆的总长度lscable=πdw=9.425m，剩余直线电缆的电感和螺线管的电感相比可忽略不计，则十米电缆螺线管的电感

根据式（6）取不同的螺线管线圈匝数和螺线管线圈直径可得表1。表1清楚的反映了螺线管线圈匝数和螺线管线圈直径变化时电缆螺线管的电感值的变化情况。

表1 线圈匝数和线圈直径变化时螺线管的电感值

3 结论

从过去的现场运行情况看，一台2000A的功率柜的总发热应在7kW～8kW。两台2000A功率柜并联，其中1号功率柜的某型号晶闸管的压降为1.00V（假定6个晶闸管的压降相同），输出电流1600A，晶闸管导通电阻0.625mΩ、总发热量4.8kW。2号2000A的功率柜的同型号晶闸管的压降为1.10V（假定6个晶闸管的压降相同），输出电流2400A，晶闸管导通电阻0.458 mΩ、总发热量7.92kW，均流系数0.83。由式（3）可知，10m电缆的电阻约为1.5mΩ。加入10m电缆后，一号功率柜的输出电流1919A，2号功率柜的输出电流2081A，均流系数0.97。

由式（5）和表1可知10m电缆的电感肯定大于1μH，所以其动态均流的效果令人满意。

TN7

A

1674-6708（2010）30-0151-01

崔成旺，讲师，研究方向：电子技术在电气控制中的应用