干式空心电抗器原理及工艺.docx

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1、干式电抗器设计原理及其材料高压电器产品设计包含这多方面的学科的内容，仅就变压器（电抗器）而言，就包含《电路分析》、电磁学、高电压绝缘、电工材料等门内容。具体到每个产品，我们在设计时还应同时考虑到工艺、材料、成本等问题，它们之间相互依存、相互作用，产品设计时不能只单独来考虑其中一个或两个。由于水平有限，本次讲座不能具体到产品设计的每个细节，只能就设计过程中必须的一些基本原理和关键工艺和材料给大家做一个简要的介绍。不需要大家都记住，只要大家知道这些概念，以后在设计或生产服务是能知道他们，并有目的的去寻找有关资料就可以了。一、基本电磁原理概述电抗器是由于它的电感而被电力系统应用的高压电器。它属

2、于特种变压器范畴，其区别于一般变压器的方面在于它通常只有一个励磁线圈，在有励磁电流通过时能产生一定电抗。但是，其在电磁分析原理方面还是同变压器基本一致。变压器在学科中包含在《电机学》这门课程里，这门课主要分成两部分内容，其一是在静态情况下的能量转换和传递——变压器。其二是在动态情况下的能量转换——电动机和发电机。变压器中只有感生电动势，没有动生电动势。而电动机和发电机中则既有感生电动势又有动生电动势。场是物质构成的一种基本形态，在自然界中有着各种各样的场，其中与变压器和电抗器有关的场有：1、电场——电气绝缘2、磁场——磁路3、温度场??——损耗和温升4、音场——噪音这些场的存在对各种电器

3、产品的性能和质量产生极大的影响，所以，我们在产品设计时往往是围绕它们在进行的。只有了解这些场的基本性质才能在电器结构设计中将各种材料合理地组合起来。一）电场1.1静电场：通常把不随时间变化的电场称为静电场。对高压电器产品而言，无论在工频还是在冲击电压时，其各处的电磁场变化均可认为仅比例于外加电压而变化，其电场分布是相似的，完全可以作为静电场来处理。1.2电位与电场强度电位是指静电场中在电荷作用下各点所具有的位能，它由库伦定律决定。电场强度在数量上等于电位梯度，它表征电场的强弱，其单位为kV/mm或kV/cm在高压设备的绝缘设计中，其基本原则是应使电场作用各部位的“电场强度”均小于绝缘材料

4、的“许用场强”。1.3电力线和等位线电力线和等位线是表征电场特性的重要图形。电力线和等位线相互垂直。等位线是电场中电位相等各点两连的轨迹，它们可以形象地表示出电场分布的特性。例如：等位线密集的地方电场强，反之等位线稀疏的对方电场强度弱。根据电场数值计算进行绘制等位线相对较易，有时根据绝缘设计要求需要绘制电力线，相对较难。1.4均匀电场与不均匀电场完全均匀的电场是不存在的，对于有限长度的平行平板电极可以近似认为是均匀电场，而球对球和同轴圆柱均属于稍不均匀电场。对于针对板和线对平面电极择属于极不均匀电场。总的来说，电场的均匀程度与电极形状以及电极间的相对位置（总称电极分布）有关。在高压电器设

5、备的绝缘设计中，应注意电场的调整，尽量降低电场的不均匀度，避免电场集中现象的发生。尤其是在绝缘结构复杂的变压器和铁芯电抗器中。二）磁场2.1磁场的产生磁铁和电流都能在周围的空间激发磁场，其表现的磁效应为磁场对电流和磁铁都有作用力—磁效应2.2磁效应的根源本质都是电流即运动电荷的场，并对电流有力的作用。2.3磁感应线的特性：2.3.1磁感应强度矢量B磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，磁感应强度矢量B的方向用右手螺旋定律确定。单位是T(特斯拉)--N/A*m。○1磁感应线是无头无尾的闭合曲线。静电场是有头有尾的○2磁感应线

6、总是与电流相互套和，磁感应线的方向与电流的方向密切相关。2.3.2磁通Φ均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。2.3.3磁导率μ磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。相对磁导率μr：物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质μr近似为1，铁磁物质的μr远大于1。2.3.5磁场强度H或磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安／米（A／m）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。2.3.4磁势2.4磁场的基本定律2.4

7、.1毕奥-萨法尔定律磁场是由电流激发的，毕奥-萨法尔定律是描述电流激发磁场的定律。（空气中）可以看出：磁感应强度B与电流I有关，与距离有关载流螺线管中对磁感应强度B当螺线管长度比直径大很多时，其内部很大范围内的磁场是均匀的，只是在端点附近的磁感应强度B才显著下降。其内部的磁感应线密集，外部的磁感应线稀疏。2.4.2磁场的高斯定理倍。磁感应通量Φ简称—磁通，是沿ds垂直方向穿过单元面积磁感应线的根数。通过任意闭合曲面的磁感应通量恒等于