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摘 要

ABSTRACT

第一章 前言 1

1.1. 选题背景及其意义 1

1.2. 可控电抗器的发展和研究现状 1

1.2.1. 可控电抗器的分类 1

1.3. 本文的主要内容 2

第二章 磁控可调电抗器 3

2.1. 概述 3

2.2. 正交磁控电抗器原理 3

2.3. 饱和电抗器原理 4

2.4. 新型磁控饱和可变电抗器的设计 5

2.4.1. 铁芯材料的选择 5

2.4.2. 铁芯结构与尺寸的选择 6

2.4.3. 新型磁控可调饱和电抗器的设计过程 6

2.5. 新型磁控可调饱和电抗器的工作原理 9

2.6. 本章小结 9

第三章 基于ANSYS的电抗器铁芯磁场分析 11

3.1. 电磁场仿真软件简介 11

3.1.1. 二维电磁场理论有限元 11

3.2. 新型磁控可调饱和电抗器的仿真过程 13

3.2.1. 构建几何模型 13

3.2.2. 求解器的类型选择 14

3.2.3. 设置边界条件 14

3.2.4. 选择各部分的材料特性 14

3.2.5. 设置励磁 14

3.2.6. 设置剖分参数 16

3.2.7. 添加需要求解的参数 16

3.2.8. 仿真分析 17

3.3. 本章小结 19

第四章 基于磁路法的建模及参数计算 20

4.1. 创新饱和电抗器的基本假设 20

4.2. 磁场分析 20

4.3. 主磁路磁场模型的建立 21

4.4. 漏磁路磁场模型的建立 22

4.5. 磁动势方程的建立 22

4.6. Matlab编程 23

4.6.1. Matlab介绍 23

4.6.2. 编程思路及过程 23

4.7. 本章小结 24

第五章 实验结果分析 25

第六章 总结与展望 27

致谢 28

参考文献 29

摘要

学号 16012119 学生姓名 黄仁志

指导教师 林明耀

为了提高磁控饱和电抗器的可调范围和线性程度，减少工作损耗，降低成本，本文首先研究了磁控可调电抗器的基本工作原理，为设计的电抗器提供理论依据。在电抗器的结构设计过程中，从简单的磁放大器的电抗器结构出发，分析出这类结构在实际应用中存在的问题，然后从解决问题的角度出发对该结构进行逐步改进。为了实现电抗平滑调节，在铁芯中提出气隙的概念。

经过不断地改进和完善，本文最终设计出一种新型三柱式磁控可调电抗器结构，该电抗器的中间铁芯柱上设有气隙和工作绕组，两侧铁芯柱上设有直流控制绕组。论文分析了该电抗器的工作原理和控制特性,利用二维有限元仿真分析(FEA)得到电抗器的磁场分布，为了快速得到电抗器电抗的控制特性，采用场路结合法，建立了基于磁漏的电抗器磁路模型，并利用MATLAB编程求解。研究表明，该电抗器所需直流偏置电流小，电抗可调范围广，线性度高。

关键词：磁控可调电抗器 有限元分析 气隙 MATLAB

Design and Analysis of a Novel Magnetic

Saturable-core Controllable Reactor

ABSTRACT

In order to improve the operating range and linear saturation characteristic, reduce operating loss and cost. In order to provide theoretical basis for designed reactor below, this article do some research on the operating principle of magnetic controllable reactor at first. Proceeding from a simple construction of Magnetic amplifier and analyze the problem in use. Design for solving these problem, the construction has improved. The concept of Air gap is present to achieve smooth control over the desired range of reactance values.

By constantly improve, a novel magnetic saturable-core controllable reactor is designed and studied. This reactor, which has three limp, with air gap and operating winding on middle limp and controlled winding on two sides. The magnetization mechanism and characteristics are studied. The magnetic flux distribution of the reactor is analyzed by using the two-dimension finite element analysis (FEA).Combined with electromagnetic field and magnetic circuit, the magnetic circuit model is built incorporating the magnetic flux leakage and solved by matlab with a high speed. The results show that the capacity of DC source connected to the reactor is small, the operating range of the reactor is wide with high linearity.

Key word: saturable-core controllable reactor, FEA, air gap, MATLAB

前言

选题背景及其意义

电抗器又名电感器，通电导体的周围区域会产生磁场变化，因此具备载流能力的导体通电之后具有感性。常规的长直导体电感较小，为了解决这个问题，实际应用中常把电抗器的导线制成螺线管式，这类电抗器称为空心电抗器。由于空气的导磁能力弱，为了满足更高电感需求，可以添加铁芯增强导磁能力，这类电抗器就叫铁芯电抗器。可调电抗器是指它可以通过某种调节方式改变电感大小，如传统的机械式可调电抗器通和通过改变磁阻来改变电感大小的磁控电抗器。可调电抗器由于具备补偿无功功率，调节电网电压，限制过电压的能力，在电力系统得到广泛应用。磁控可调电抗器由于性价比高，精度高，尤其是可以无断点地调节电感，有很大的发展潜力^[1]。

传统的不可调电抗器会使得线路的等效波阻抗会变大，由于需要吸收大量的无功功率，因此需要配置一些设备辅助运行，这相当于增加了电网成本^[3]，而可调电抗器可以根据线路输送容量的改变而改变本身容量。当输送容量较大时，可调电抗器深度补偿，防止因电压过高而造成的损耗，降低电网的传输成本^[2-3]。

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