一、引言

  電抗器設(shè)計(jì)包括兩個(gè)階段，即首先進(jìn)行電、磁計(jì)算，然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制產(chǎn)品生產(chǎn)圖紙。電、磁計(jì)算的任務(wù)是確定電抗器的電磁負(fù)載和主要幾何尺寸，計(jì)算其性能參數(shù)以及各部分的溫升、重量等。應(yīng)當(dāng)指出，電、磁計(jì)算是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。本文主要介紹電、磁計(jì)算的一般問題，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將不涉及。  

     二、改進(jìn)的設(shè)計(jì)新思路

     1、初定匝數(shù)的新方法

  文獻(xiàn)[1]介紹的設(shè)計(jì)方法具有兩點(diǎn)局限性：第一，要求設(shè)計(jì)者在調(diào)整匝數(shù)時(shí)具有一定的經(jīng)驗(yàn)；第二，初定匝數(shù)時(shí)假定繞組高度相同，而實(shí)際上繞組高度可能差別較大，這也是溫升公式中考慮高度因素的原因所在，鑒于此，尋找新的確定初始匝數(shù)和高度的方法成為必要。

    1.1、解方程組法的基本原理

  根據(jù)空心電抗器感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算原理，

對(duì)于N層并聯(lián)干式空心電抗器來說，可得到關(guān)于W12…WN2程組，解方程組得W12…WN2的值，逐一開平方，即得W1…WN。然后計(jì)算可得各層的高度H1…HN，即得到匝數(shù)高度不完全相同的初始數(shù)據(jù)，這為后邊控制調(diào)整提供很大的方便。

     1.2、具體計(jì)算方法

     (1)計(jì)算方程組的系數(shù) 設(shè)的系數(shù)的第個(gè)分量為：

     其中，分別為第個(gè)繞組的半徑、電流強(qiáng)度、高度為第個(gè)繞組的半徑為第個(gè)繞組第段中間點(diǎn)的高度從而可得方程組的系數(shù)矩陣：        

     (2)解方程組

    根據(jù)方程組的矩陣形式（U為端電壓），可得，

解得W12…WN2，開方得W1…WN。解方程組法克服了初定匝數(shù)相同進(jìn)行調(diào)整方法的不足，解方程組借助于MATLAB，能夠快速運(yùn)算。

      2、改進(jìn)的二級(jí)誤差控制調(diào)整匝數(shù)高度

  如用圖1所示流程圖去調(diào)節(jié)線圈匝數(shù)及高度是非常麻煩而且耗時(shí)的工作，所以本文將在這里介紹一種改進(jìn)型的匝數(shù)及高度調(diào)整方法。主要改進(jìn)的地方是通過匝數(shù)調(diào)整后再調(diào)整高度這樣的二級(jí)調(diào)整方案使調(diào)整速度及準(zhǔn)確性大大提高。如圖2所示為改進(jìn)后的二級(jí)誤差控制匝數(shù)高度調(diào)整示意圖。

     二級(jí)誤差控制是指匝數(shù)誤差作為第一級(jí)控制并聯(lián)空心電抗器的各層總電勢(shì)與端電壓的誤差，而高度誤差作為第二級(jí)控制各層總電勢(shì)與端電壓的誤差。通過第一級(jí)控制調(diào)整匝數(shù)，使該誤差在端電壓的Eps1范圍內(nèi)，第二級(jí)控制調(diào)整高度，使誤差的范圍更進(jìn)一步的縮小為Eps2，其中Eps1〉Eps2；即匝數(shù)調(diào)整作為粗調(diào)，而高度調(diào)整作為細(xì)調(diào)，最后總的誤差可以控制在Eps2范圍內(nèi)。

     二、設(shè)計(jì)實(shí)例

  通過一個(gè)簡(jiǎn)單的算例對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證。為方便起見，試計(jì)算11層并聯(lián)空心電抗器。假定每層為一個(gè)包封，而且每層的導(dǎo)線半徑相同，都為3mm，K=1.2， P=380VA,U=38V，匝數(shù)和初始高度W0=27,H0=0.0981m；級(jí)控制誤差Eps2=1%，經(jīng)過二級(jí)誤差控制調(diào)整后得到如表1示的結(jié)果。

表1二級(jí)誤差控制調(diào)整后匝數(shù)、高度及電勢(shì)計(jì)算結(jié)果層數(shù)初始匝數(shù)初始高度/m調(diào)整前各層電勢(shì)/V一級(jí)誤差(2%)調(diào)整后匝數(shù)一級(jí)調(diào)整后各層電勢(shì)/V二級(jí)誤差(1%)調(diào)整后高度/m二級(jí)調(diào)整后各層電勢(shì)。

     從上表中我們可以看出：二級(jí)誤差控制調(diào)整的精度，比一般標(biāo)準(zhǔn)輸電線路控制在5%、用戶線路控制在2%內(nèi)的精度大大提高；運(yùn)算速度，明顯提高。一般匝數(shù)調(diào)整時(shí)的增加或減少匝數(shù)是一匝一匝的進(jìn)行，這樣調(diào)整將是非常緩慢的，若給出一個(gè)加速公式，使得匝數(shù)和高度的調(diào)整過程更快速方便。

     四、結(jié)論

  本文介紹有關(guān)空心電抗器設(shè)計(jì)的方法及步驟，并在原有設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出了二級(jí)誤差控制調(diào)整匝數(shù)和高度的方法，使得設(shè)計(jì)自動(dòng)化，所得結(jié)果也更符合實(shí)際需要，計(jì)算速度和精度都得到很好的提高。為了更進(jìn)一步提高計(jì)算速度，本文還提出了一種解方程組確定初始匝數(shù)的方法，使得設(shè)計(jì)計(jì)算量大為減少。

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