專利名稱：新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電抗器，特別是涉及一種直流助磁可調(diào)電抗器。
背景技術(shù)：
電抗器是一種被廣泛 應(yīng)用的電感器件，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有空芯和鐵心兩種。圖I是鐵心電抗器的結(jié)構(gòu)原理圖，其中I-鐵軛；21_芯柱鐵心段；3_交流工作繞組；4_氣隙墊塊。該傳統(tǒng)電抗器在額定電流下的電感是固定的，如需調(diào)節(jié)電感只有兩個途徑，一是改變匝數(shù)，調(diào)節(jié)是有級的，二是改變氣隙大小，要連續(xù)調(diào)節(jié)氣隙，需要有精密的機械傳動裝置，響應(yīng)慢，噪聲大。為提高電力系統(tǒng)運行性能和可靠性，對電感連續(xù)可調(diào)的電抗器需求日益增加，為此我國已經(jīng)把新型可調(diào)電抗器的研究列入“九五”科技攻關(guān)項目。在現(xiàn)有各種類型可調(diào)電抗器中，占多數(shù)的是直流助磁可調(diào)電抗器，它是通過外加直流助磁來改變鐵心的磁飽和程度，即改變鐵心的磁阻(或磁導)來改變電感。按照電抗器鐵心中直流(控制)磁場和交流(工作)磁場在空間方向上的關(guān)系，現(xiàn)有直流助磁可調(diào)電抗器分為縱向磁化和橫向磁化二種類型的可調(diào)電抗器?？v向磁化可調(diào)電抗器中，直流(控制)和交流(工作)繞組軸線在空間方向上是重合的，二者產(chǎn)生的磁通的方向也都沿芯柱的縱向軸線。以單相四柱為例，其結(jié)構(gòu)原理圖示于圖2A、圖2B和圖2C。圖2A、圖2B都是直流它助磁可調(diào)電抗器。其中20_主鐵心；3-交流工作繞組；53_直流控制繞組，6-旁軛。它助磁可調(diào)電抗器有單獨的直流控制繞組53，它和交流工作繞組3間沒有電氣連接，只有磁的耦合，而二者的區(qū)別就在于前者(圖2A)由外接直流電源U =提供直流控制電流；而后者(圖2B)由直流控制繞組53自身通過二個晶閘管T在一個工頻周期內(nèi)輪流導通形成直流控制電流，D是續(xù)流二極管。圖2C是直流自助磁可調(diào)電抗器，它將直流和交流工作繞組合二為一，由交流工作繞組3自身通過晶閘管T輪流導通產(chǎn)生可控的直流電流?？烧{(diào)電抗器由兩個等截面的主鐵心20和為使電抗器的電流正負半波對稱的二個旁軛6組成，交流控制磁通Φ 通過軛部形成回路，直流控制磁通Φ =通過二個主鐵心20閉合，為使主鐵心20易飽和，主鐵心柱20的截面小于旁軛6截面。也可在主鐵心20芯柱中增加一段或二段小截面段A1、A2，如圖2D所示。小截面Al段猶如磁路的閥門，在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大面積鐵心段的工作狀態(tài)始終處于磁路未飽和線性區(qū)，而小面積段處于逐漸飽和的曲線區(qū)，當小截面段完全飽和時，磁阻很大，猶如磁閥門關(guān)閉；反之當小截面段處于未飽和線性區(qū)，磁阻十分小，磁力線幾乎完全從中通過，猶如磁閥門打開，故這種有小截面的可調(diào)電抗器又稱為磁閥式可控電抗器。此外，當我們將四柱可調(diào)電抗器中二個旁軛合在一起時就成為三柱結(jié)構(gòu)的可調(diào)電抗器，取消旁軛，就成為二柱可調(diào)電抗器。從圖2A-2C圖中可以看出直流(控制)和交流(工作)繞組產(chǎn)生的磁通Φ =、Φ 的方向都是沿芯柱的縱向，故稱為縱向磁化可調(diào)電抗器。橫向磁化的可調(diào)電抗器尚處在研究階段，其中一種試驗樣品如圖2Ε所示，直流(控制)繞組和交流(工作)繞組軸線在空間方向上是垂直的，二者產(chǎn)生的磁通相互垂直，交流控制磁通Φ 沿鐵心縱向，則直流控制磁通Φ =沿鐵心橫向流通。改變直流(控制)電流，即可改變鐵心的飽和程度，調(diào)節(jié)電感。以上各種可調(diào)電抗器均與傳統(tǒng)的鐵心電抗器相去甚遠，結(jié)構(gòu)復(fù)雜,芯柱和繞組數(shù)量多，尤其是三相可調(diào)電抗器芯柱數(shù)量多達六柱。在縱向磁化的電抗器中，交流高壓和直流低壓繞組套在同一芯柱上，為保證絕緣可靠增加了尺寸和重量。而自助磁電抗器中，雖然將交流和直流繞組有機地結(jié)合在一起，無需外加勵磁，結(jié)構(gòu)簡化，損耗降低，但用于高壓電網(wǎng)對晶閘管，續(xù)流二極管均處在高壓電路中控制、隔離和元件保護等變得復(fù)雜，成本增加。在以上直流助磁電抗器中，為調(diào)節(jié)電感，鐵心飽和程度逐漸增加，損耗和諧波含量也隨之增力口。橫向磁化的電抗器結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的直流助磁式可調(diào)電抗器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繞組和芯柱數(shù)量多，制造困難的問題，以及減少現(xiàn)有的直流助磁式可控電抗器諧波大的問題。本發(fā)明的另一個目的是解決現(xiàn)有的直流助磁式可調(diào)電抗器中直流繞組與交流繞 組之間需要額外的絕緣處理的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其包括電抗器鐵心，繞制在所述電抗器鐵心柱上的電抗器交流工作繞組，以及直流控制單元；其特征在于所述電抗器鐵心柱包括至少一個鐵心段，在所述電抗器的每相鐵心柱中的至少一個鐵心段的位置置換為一直流控制單元；所述直流控制單元產(chǎn)生與該直流控制單元所在電抗器鐵心柱中的交流磁通方向同向和垂直的正交直流磁通。其中，所述的直流控制單元包括直流控制鐵心和直流控制繞組。其中，所述直流控制鐵心包括直流控制鐵軛和直流控制鐵心柱，所述直流控制繞組繞制在直流控制鐵心柱上；所述直流控制鐵心柱與電抗器鐵心柱垂直或平行設(shè)置。作為優(yōu)選，所述直流控制單元的橫向?qū)挾炔怀^所述電抗器鐵心柱的寬度。如此設(shè)計，可以使直流繞組與交流繞組之間的絕緣不需要特殊處理。作為優(yōu)選，所述直流控制單元，可根據(jù)控制特性要求設(shè)置至少一個氣隙墊塊。為了直流控制單元安裝以及接線方便，所述直流控制繞組最好設(shè)在所述電抗器鐵心柱的上或/和下端。作為優(yōu)選，在所述電抗器鐵心段與電抗器鐵軛之間、或所述電抗器鐵心段之間、或所述電抗器鐵心段與直流控制單元之間設(shè)有氣隙墊塊。應(yīng)說明的是，本發(fā)明所述的正交磁化是指直流控制單元既產(chǎn)生與交流工作繞組的縱向磁通方向相同的縱向磁化,也產(chǎn)生與交流工作繞組的縱向磁通方向垂直的橫向磁化，即產(chǎn)生正交直流磁通。本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)，將電抗器鐵心柱中的至少一個鐵心段的位置置換為一個直流控制單元，直流控制單元既能對交流工作繞組產(chǎn)生縱向磁化，即直流控制繞組的磁通與所述電抗器交流工作繞組的磁通方向均沿主鐵心柱的縱向；也可以產(chǎn)生橫向磁化，即直流磁通垂直于交流磁通；即形成本發(fā)明所述的正交磁化。因而，可以通過改變直流控制繞組中的電流大小來改變電抗器鐵心中的磁飽和程度，進而達到控制電抗的目的。最重要的是，本發(fā)明所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器與現(xiàn)有的直流助磁可調(diào)電抗器相比具有如下優(yōu)點I.本發(fā)明所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器是在傳統(tǒng)的電抗器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，僅僅將電抗器的一個或幾個鐵心段置換為直流控制單元，也就是本發(fā)明將直流控制單元設(shè)計為一個鐵心段的外形，減少了現(xiàn)有的橫向磁化直流可調(diào)電抗器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繞線復(fù)雜的問題。2.本發(fā)明所述的電抗器，將直流控制單元直接設(shè)在電抗器交流繞組的鐵心柱內(nèi)，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)鐵心電抗器無異，控制單元的鐵心和繞組體積小，整體結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，其直流繞組匝長減小，可節(jié)約導線材料。3.本發(fā)明所述的直流控制單元的磁路短，控制電流小，控制功率低。4.本發(fā)明所述的電抗器，對于三相可調(diào)電抗器的制造也十分容易，與傳統(tǒng)的三相電抗器的結(jié)構(gòu)相同，與現(xiàn)有直流自助磁可調(diào)電抗器相比不需要采用三個單電抗器或采用三 相六柱等結(jié)構(gòu)。5.本發(fā)明所述的電抗器，由于工作中僅直流控制單元鐵心處于飽和狀態(tài)，其余鐵心中磁密數(shù)低，從而減小損耗，降低可調(diào)電抗器的諧波成份。6.本發(fā)明所述的電抗器的三相工作繞組接成三角形時，三次諧波不可能進入電網(wǎng)，高次諧波在全部范圍內(nèi)不超過3 %。7.本發(fā)明所述的直流控制單元置于接地鐵心段內(nèi)，用于高壓系統(tǒng)也不存在絕緣的問題。通過在直流控制單元的鐵心柱中放置一定大小的氣隙墊塊，可以調(diào)整外加控制電流的大小，適應(yīng)使用現(xiàn)場的條件，氣隙大時，所需的控制電流大，氣隙小時，所需的控制電流很小即可達到電抗器的調(diào)整范圍；因此可以根據(jù)客戶的調(diào)整電流大小的需要，調(diào)整氣隙的大小和多少。本發(fā)明將直流控制單元設(shè)在電抗器的接地的鐵心柱里面，鐵心柱接地，直流繞組電壓很低，且控制直流控制單元橫向(幅向)尺寸上不超出電抗器的鐵心柱的尺寸，不僅減小了直流繞組的尺寸，即使用于高壓系統(tǒng)直流繞組與交流繞組間的絕緣不需要特殊處理，大大節(jié)省了成本。


圖I是現(xiàn)有傳統(tǒng)鐵心電抗器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是現(xiàn)有具有單獨直流電源的它助磁單相可調(diào)電抗器。圖2B是現(xiàn)有自身供電的它助磁單相可調(diào)電抗器。圖2C是現(xiàn)有直流自助磁單相可調(diào)電抗器。圖2D是現(xiàn)有直流自助磁單相可調(diào)電抗器的磁閥結(jié)構(gòu)原理圖。圖2E是現(xiàn)有橫向磁化的可調(diào)電抗器的原理圖。圖3是本發(fā)明所述新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明所述新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5A 圖5H是本發(fā)明所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器的直流控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明所述新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明所述新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例一，參見圖3，圖中展示了本發(fā)明的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，該電抗器為單相電抗器；其包括由電抗器鐵軛I和電抗器鐵心柱2構(gòu)成的電抗器鐵心，以及繞制在所述電抗器鐵心柱2上的電抗器交流工作繞組3，本實施例中電抗器鐵心柱2是由3個鐵心段構(gòu)成，在各電抗器鐵心段與鐵軛I之間設(shè)有氣隙墊塊4 ;本發(fā)明的特點是將所述電抗器的每相鐵心柱2中的兩個鐵心段分別由一個直流控制單元5代替，本實施例中，采用兩個直流控制單元5替代兩個電抗器鐵心柱2上的最上和最下面的兩個鐵心段，這樣便于直流控制單5元的安裝。直流控制單元5能產(chǎn)生與該直流控制單元5所在電抗器鐵心柱2中的交流工作繞組3的磁通方向Φ 同向和垂直的正交直流磁通，即正交磁化。
參見圖5A，其中，直流控制單元5包括由直流控制鐵心柱52和鐵軛51構(gòu)成的直流控制鐵心和直流控制繞組53，直流控制鐵心是殼式鐵心。在鐵心柱52和鐵軛51間形成兩個環(huán)繞的直流控制磁通Φ =，其方向為在直流控制鐵心的鐵心柱52上的直流控制磁通Φ =為橫向，與電抗器交流工作繞組3的產(chǎn)生的縱向磁場方向垂直；在直流控制鐵心的鐵軛51段上的直流控制磁通Φ =為縱向，與電抗器交流工作繞組3的產(chǎn)生的縱向磁場方向相同；即本發(fā)明所述的直流控制單元5既產(chǎn)生縱向磁化，也產(chǎn)生橫向磁化，即本發(fā)明所述的正交磁化。本發(fā)明如此設(shè)置直流控制單元5，使電抗器的鐵心飽和僅出現(xiàn)在該段內(nèi)，能減少電抗器鐵心損耗和電抗器諧波成分。而且，最好直流控制單元5的橫向?qū)挾炔怀^所述電抗器鐵心柱2的寬度，這樣可以不需要對直流控制單元5與交流繞組3之間另作絕緣處理，從而降低電抗器的生產(chǎn)成本。實施例二，參見圖4，圖中展示了本發(fā)明另一種不同結(jié)構(gòu)的可調(diào)電抗器。其為三相電抗器，與單相電抗器(實施例一)的區(qū)別僅是增加了一個鐵心柱2，交流工作繞組3、直流控制單元5的設(shè)置完全相同。實施例三，參見圖6，電抗器的結(jié)構(gòu)顯然不限于上述兩個實施例中的結(jié)構(gòu)，與實施例二不同之處是其中圖6所示電抗器的鐵軛為“一”字形鐵軛，鐵心柱2包括四個鐵心段，其中上面的第2個鐵心段置換為直流控制單元5。參見圖5C，其中直流控制單元的5的鐵心為二柱式結(jié)構(gòu)，直流控制繞組53分別繞在二個直流控制鐵心柱52上，為滿足控制特性的要求，可在直流控制單元5中放置氣隙，在直流控制鐵心柱52和直流控制鐵軛51之間設(shè)有氣隙墊塊54，在鐵心柱52和鐵軛51間形成環(huán)繞的直流控制磁通Φ =。該直流控制單元5在鐵心柱52上的直流控制磁通Φ =與電抗器交流工作繞組3的產(chǎn)生的縱向磁場方向相同，在鐵軛51上的直流控制磁通Φ =與電抗器交流工作繞組3的產(chǎn)生的縱向磁場方向垂直。實施例四，圖7展示的電抗器的上、下鐵軛為山字型；每相鐵心柱2中有兩個鐵心段，上面的鐵心段被一直流控制單元5置換，參見圖5B，該直流控制單元5的鐵心為殼式鐵心，中間的直流控制鐵心柱52上設(shè)有直流控制繞組53，在鐵軛51和直流控制鐵心柱52之間設(shè)有氣隙墊塊54，在鐵心柱52和鐵軛51上形成兩個矩形的直流控制磁通Φ =，既產(chǎn)生與電抗器交流工作繞組3的磁通Φ 相同縱向磁化；也產(chǎn)生與工作繞組3的磁通Φ 垂直的橫向磁化。參見圖 圖5H，圖中展示了與上述實施例不同的直流控制單元5的結(jié)構(gòu)形式，其包括直流控制鐵軛51、直流控制鐵心柱52和直流控制繞組53，鐵心51是三柱式(圖5E 圖5G)，也可以是二柱式(圖 、5Η)或其它結(jié)構(gòu)。為滿足用戶對控制特性的要求，也可在控制單元鐵心51中放置一定大小的氣隙墊塊54，如圖5E-5H所示。參見圖3、4，圖中展示了可調(diào)電抗器的原理，電抗器鐵心柱中兩個交流工作繞組3產(chǎn)生沿芯柱縱向的交流控制磁通Φ 中，直流控制單元5在鐵心柱2中產(chǎn)生直流控制磁通Φ =，其方向既有與交流控制磁通Φ 相同的縱向磁通，又有垂直交流控制磁通Φ 的橫向磁通，當增加直流電流時，直流控制單元5的鐵心逐漸飽和,磁阻增加,對于交流工作繞組3而言相當于電抗器鐵心柱2氣隙增加，所以電抗器電感值減小；相反，當減小直流控制單元5的電流時，電抗器電感值增大。應(yīng)說明的是，本發(fā)明所述的電抗器，根據(jù)電抗器的電抗值調(diào)整的范圍不同，直流控制單元5數(shù)量也可不同。當電抗值調(diào)整范圍較小時，可在電抗器每相鐵心柱2中放置一個·直流控制單元5，當電抗值調(diào)整范圍較大時，可在電抗器每相鐵心柱2中放置二個或多個控制單元5。而且，直流控制單元5所在的位置也可上下調(diào)整，放在電抗器鐵心柱2的上下任何位置均可，可以根據(jù)需要選擇不同的適宜位置設(shè)置直流控制單元5。上述實施例僅僅是本發(fā)明的較佳實施例，在本發(fā)明構(gòu)思之下，還存在很多的等效替換方式，本發(fā)明旨在提供一種新型正磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其特點是直流控制繞組置換電抗器鐵心柱中的鐵心段位置，其有效解決了現(xiàn)有直流控制電抗器中直流控制繞組和交流工作繞組相互影響的問題，能有效降低電抗器的諧波成分。本領(lǐng)域技術(shù)人員在此基礎(chǔ)上的變化，例如，改變交流工作繞組的鐵心和直流控制單元的直流控制鐵心的橫截面，例如矩形、圓形、橢圓形、長圓形，改變電抗器鐵心的氣隙數(shù)量等，均應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其包括電抗器鐵心，繞制在所述電抗器鐵心柱上的電抗器交流工作繞組，以及直流控制單元；其特征在于所述電抗器鐵心柱包括至少一個鐵心段，在所述電抗器的每相鐵心柱中的至少一個鐵心段的位置置換為一直流控制單元；所述直流控制單元產(chǎn)生與該直流控制單元所在電抗器鐵心柱中的交流磁通方向同向和垂直的正交直流磁通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其特征在于所述的直流控制單元包括直流控制鐵心和直流控制繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其特征在于所述直流控制鐵心包括直流控制鐵軛和直流控制鐵心柱，所述直流控制繞組繞制在直流控制鐵心柱上；所述直流控制鐵心柱與電抗器鐵心柱垂直或平行設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中任一項所述的正交磁化型可調(diào)電抗器，其特征在于所述直流控制單元的橫向?qū)挾炔怀^所述電抗器鐵心柱的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中任一項所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其特征在于所述直流控制單元中至少設(shè)有一個氣隙墊塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正交磁化型可調(diào)電抗器，其特征在于所述直流控制單元中至少設(shè)有一個氣隙墊塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中任一項所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其特征在于所述直流控制繞組設(shè)在所述電抗器鐵心柱的上或/和下端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中任一項所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其特征在于在所述電抗器鐵心段與電抗器鐵軛之間、或所述電抗器鐵心段之間、或所述電抗器鐵心段與直流控制單元之間設(shè)有氣隙墊塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其特征在于在所述電抗器鐵心段與電抗器鐵軛之間、或所述電抗器鐵心段之間、或所述電抗器鐵心段與直流控制單元之間設(shè)有氣隙墊塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型正交磁化直流助磁可調(diào)電抗器，其特征在于在所述電抗器鐵心段與電抗器鐵軛之間、或所述電抗器鐵心段之間、或所述電抗器鐵心段與直流控制單元之間設(shè)有氣隙墊塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的正交磁化可調(diào)電抗器，其包括電抗器鐵心，繞制在所述電抗器鐵心柱上的電抗器交流工作繞組以及直流控制單元；所述電抗器鐵心柱包括至少一個鐵心段，在所述電抗器的每相鐵心柱中的至少一個鐵心段的位置置換為一直流控制單元。本發(fā)明解決了現(xiàn)有直流助磁式可調(diào)電抗器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繞組和芯柱數(shù)量多，制造困難的問題。本發(fā)明所述電抗器具有結(jié)構(gòu)簡單、便于制造，工作中僅直流控制單元鐵心處于飽和狀態(tài)，其余鐵心中磁密低，損耗小，諧波含量減小。直流控制單元僅占電抗器鐵心中一個鐵心段位置，其鐵心和繞組體積小，控制單元與電抗器交流繞組之間不需要絕緣處理，大大降低了成本，適于低壓、高壓、超高壓電網(wǎng)中應(yīng)用。
文檔編號H01F29/14GK102903494SQ20111038789
公開日2013年1月30日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者譚勇, 李淑芹, 宗寶峰 申請人:新華都特種電氣股份有限公司