CN101661826A - 直流偏磁式可控电抗器 - Google Patents

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Abstract

电网无功补偿所采用的方式基本上都不是容量连续可调的，本发明采用的是一种直流偏磁式可控电抗器，可以产生连续可调的无功功率。本装置由电抗器铁心采用等截面积的结构，使制造更简单。采用高磁阻的材料可有效缩小体积，电抗器单相采用三个铁心柱结构时中间铁心柱比两边的截面积要大。三相时则采用六铁心的结构，比三个单相结果更紧凑，增加气隙则是为了更容易做成更大的容量。比其他可控电抗器噪音要低、损耗要小，性能更可靠。

Description

直流偏磁式可控电抗器
所属技术领域
本发明是电网中提供无功功率的一种新型电气设备。
背景技术
可控电抗器是在磁放大器的基础上发展起来的。随着高磁感应强度及低损耗的晶粒取向钢带和高磁导率、高矩形系数的坡莫合金材料的出现，磁放大器以及饱和电抗器的理论及应用达到一个新水平，并且已引入到电力系统。普通磁饱和电抗器的主要缺点是：控制直流的改变会导致结成三角形线圈内部电流的变化，过渡过程时间取决于三角形线圈时间常数，其数值较大，使响应时间变慢，无法满足快速调节的需要；另外就是有效材料消耗(3.0kg/kVA)和有功损耗(1.0％)较大，一般不可控的铁心电抗器的有效材料消耗及有功损耗分别只有0.8kg/kVA和0.5％。由于这些缺点使传统的可控电抗器的推广应用受到了限制。俄罗斯曾提出可控电抗器“磁阀”的概念，并随后实现了绕组(工作绕组、控制绕组、补偿绕组)布置的全新结构设计与样品研制，使可控电抗器的发展有了一定的进展。但这种电抗器的致命弱点是：为保证只有较小截面的磁阀段始终处于饱和，而其余部分不饱和，势必要增加其余部分铁心截面的面积，使电抗器的有效材料用量增多，成本较高，且损耗增加、噪音增大。在此基础上，专利01229191.9提出了一种磁控式可控电抗器的概念，通过全磁路的饱和来达到电抗器容量可控的目的，基本上克服了以上的缺点，但在实际应用中，我们发现磁阀式和磁控式电抗器其可控硅电位高，实行电隔离有时比较困难且同样增加成本。
发明内容
本发明就是针对上述情况，将直流偏磁式电磁隔离效果好的特点继续发挥，另外采用铁心截面积相等的结构来简化制造工艺，另外采用浸漆工艺，使直流偏磁式可控电抗器达到更低的谐波噪音、更低的成本、更低的损耗的目标。
本发明由对称的铁心柱、铁心轭部、高压绕组、低压控制绕组、控制器等所构成。电抗器本体采用的是对称的结构，其目的是保证在任何情况下磁路都是完全对称的，可以消除由磁路不对称所造成的损耗增加、噪音增加的不良影响。
以前直流偏磁式可控电抗器也采用磁阀式结构，给电抗器的制造带来很多麻烦，在本发明中，电抗器铁心改为截面积相等的结构，可以大大简化结构，同时饱和在更长的磁路发生也更容易把容量做大。
直流偏磁式电抗器的铁心所用的材料也有要求，希望所用材料的磁化曲线上在相同的磁通密度B的点所对应的磁场强度H应该更大些，其目的是为了同容量的情况下可适当减小电抗器的体积，因此电抗器铁心的全部或部分所用材料，该材料磁化曲线上在磁通密度B为1.5特斯拉(T)的点的磁场强度H要大于200安培/米(A/m)。
电抗器高压绕组所在的铁心柱上可以有气隙，这主要是为了使电抗器更容易发展超大的容量，因为同样结构有气隙肯定比无气隙电抗器的容量更大。
电抗器可以是单相电抗器，为三柱式结构，三柱式结构其中两边的铁心柱上安装有高压线圈，中间的铁心柱上有控制线圈，中间的铁心柱比两边的截面积要大50％以上，主要是为了更好的导磁。两边柱高压线圈在中柱上产生的叠加磁场接近于零，不会影响低压控制绕组的正常工作。在各类可控电抗器中，磁阀式及普通直流偏磁式其分裂铁心柱上有一段或多段凹进去的部分，磁饱和主要集中于这部分，由于饱和过于集中，在大容量时制造起来有一定的难度。而本发明磁场饱和的路径加长很多，自然同样的容量需要的磁场密度就小，饱和程度低损耗就低，噪音就小，而且全铁心柱一样的截面积，加工工艺非常简单，降低生产成本。
电抗器可以是三相电抗器，为六柱式结构，高压线圈安装在对称的六个铁心柱上，控制绕组安装与纵铁轭垂直的横铁轭上，高压线圈产生的叠加磁场在横铁轭上接近于零，不会影响低压控制绕组的正常工作。这种结构磁场饱和都只是在铁心柱部分，轭部不饱和，比三个单相组成三相电抗器结构紧凑、成本也降低很多。
本发明在原来直流偏磁式电抗器的基础上进行了改进，其最显著的特点是电抗器铁心柱采用相等截面积的结构，大大简化电抗器的制造工艺。容易采用铁心浸漆的工艺来降低振动和噪音，同时降低了损耗。使本电抗器具有简单的结构、宽广的调节范围、较小的噪音、较小的损耗等特点。
附图说明
图1为三铁心柱直流偏磁式可控电抗器的结构示意图。
图2为六铁心柱直流偏磁式可控电抗器的结构示意图。
图中，1为电抗器铁心柱，2为电抗器纵铁轭，3为高压绕组，4为低压控制绕组，5为横铁轭，6为气隙，7为低压控制绕组铁心柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1、2中，电抗器高压绕组并联接入高压电源系统，控制绕组通入低电压的直流电流。图1、2中，铁心柱全是等有效截面积的结构，采用叠铁心的工艺更简单。铁心材料采用硅钢片，也可以采用其他高硅钢等材料。铁心上可以开气隙以增加电抗器的容量。
电抗器的绕组中，控制绕组接在一个低电压直流电源上，该直流电源由变压器经可控硅桥式整流电路产生可控的直流电流，通过控制可控硅的导通角就可以控制电抗器本身的直流磁通，从而就可以控制电抗器的容量。
本发明具有结构简单、成本低廉、性能优异等特点。

Claims (5)

1、一种用于电网中提供无功功率的直流偏磁式可控电抗器，由对称的铁心柱(1)、(7)、铁心轭部(2)、(5)、高压绕组(3)、低压控制绕组(4)、控制器等所构成；其特征在于：所述的电抗器整个铁心柱(1)、(7)有效截面积相等或者相近。
2、根据权利要求1所述的直流偏磁式可控电抗器，其特征在于：所述的电抗器铁心的全部或部分所用的材料，该材料磁化曲线上在磁通密度B为1.5特斯拉(T)的点的磁场强度H大于200安培/米(A/m)。
3、根据权利要求1、2所述的直流偏磁式可控电抗器，其特征在于：所述的电抗器单相时为三个铁心柱结构，三相时为六个铁心柱结构。
4、根据权利要求1、2所述的直流偏磁式可控电抗器，其特征在于：所述的电抗器高压绕组(3)所在的铁心柱(1)上可以有气隙(6)。
5、根据权利要求1、2所述的直流偏磁式可控电抗器，其特征在于：所述的电抗器低压控制绕组应安装在高压绕组产生的叠加磁场接近零的那些铁心柱(7)或铁轭(5)上。
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