CN101819851B - 一种用于电容器组中的保护电感及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能电容器组保护电感，包括绝缘外筒1、绝缘内筒2、绝缘端盖3、软态合金丝或软态合金丝带5以及引出片6，所述绝缘内筒2上车有槽，软态合金丝或软态合金丝带5绕在所述槽中，软态合金丝或软态合金丝带5两端的引出线分别与引出片6固接，所述绝缘内筒2套接有外绝缘外筒1，绝缘内筒2两端设置有绝缘端盖3。本发明的保护电感既能调节系统中的电流波形，又能吸收高功率电源系统中某一个电容器短路时系统的总能量而不发生爆炸，减少了系统其他设备发生二次损害，本发明能很清楚发现故障点，保证了系统工作的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电容器组中的保护电感及其设计方法。
背景技术
高能电容器系统中使用电容器极多，但是随着电容器组能量的增大以及回路电流的增大，为了使高能电容器得到保护，发明了一种保护电感。目前大电流电源合成回路中、激光武器电源、电磁发射电源以及脉冲电源系统中有很多电容器组，在这些电源系统中，需要一种既能调节电源系统里的电流波形又能吸收因电源系统中电容器出现短路故障时系统的总能量而本身不发生爆炸的器件，这种器件保护了系统里的其他设备不发生二次损害，降低系统出现故障时的损失；同时又降低了成本以及减少系统体积。这就是本发明的一种保护电感，因此研制保护电感对建立紧凑型高能电源系统有非常重要的现实意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于高能电容器系统中的保护电感，目的在于既能调节系统中的电流波形，又能保护高功率系统中某一个电容器发生短路时吸收电源的总能量而本身不发生爆炸。
一种用于电容器组中的保护电感，包括绝缘外筒、绝缘内筒、绝缘端盖、软态合金丝或软态合金丝带以及引出片，所述绝缘内筒上车有槽，软态合金丝或软态合金丝带绕在所述槽中，软态合金丝或软态合金丝带两端的引出线分别与引出片固接，所述绝缘内筒套接有外绝缘外筒，绝缘内筒两端设置有绝缘端盖。
本发明所述的两端的引出线相互成180°布置。
本发明所述的绝缘端盖上设置有用于固定的绝缘螺栓。
本发明所述的绝缘外筒长度和内筒长度相同。
一种设计所述的保护电感的方法，包括如下步骤：
第一、根据预给定的电流I确定所述软态合金丝或软态合金带的截面积S和直径D，并根据预给定的所述绝缘内筒的外径Ф2、壁厚d1、槽的深度h进一步确定出线圈的平均直径d；
第二、根据预给定的电感量L和绝缘内筒的绕线高度a，利用空心电感公式计算出电感的匝数N；
第三、验算绝缘内筒长度是否满足匝数N乘以螺距加上两端引出片的距离，若满足，进行下一步；若不满足，回到第一步重新选择预给定的值，直至绝缘内筒长度满足上述要求；
第四、确定所述软态合金丝或软态合金带的长度l，并利用电阻定律公式，计算出保护电感的电阻R；
第五、若计算出的所述保护电感的电阻R符合预定值，进行下一步设计，如果不满足，返回第四步重新选择不同电阻率的软态合金丝或软态合金带，直至计算出的电阻R符合预定值；
第六、根据所述软态合金丝或软态合金带的截面积S及其长度l，计算出所述软态合金丝或软态合金带的质量m；
第七、按照绝热过程进行计算，根据吸热公式计算所述软态合金丝或软态合金带的温升，若温升低于设定的温度阈值，则设计满足要求，否则回到第一步进行重新设计。
上述的第七步中，所述的温度阈值为所述绝缘内筒燃点的60％。
本发明提供的保护电感能够保护系统里的其他设备不发生二次损害，降低系统出现故障时的损失，方便检测出故障点。
附图说明
图1为本发明的大电流保护电感剖视图。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施实例对本发明进一步说明。
保护电感包括绝缘外筒1，绝缘内筒2，绝缘端盖3，绝缘螺栓4，软态合金丝(或带)5，引出片6。
采用软态合金丝(或带)进行绕制，两端引出线方式成180°直线形式，在绝缘内筒上车好槽，再把合金丝(或带)绕在绝缘内筒的车槽里，并且与引出片焊接，并固定在绝缘筒内筒上，绕制完成后，将另一端焊接后固定在绝缘内筒上。再将绝缘外筒的内径为Ф1的筒套在外径为Ф2上的绝缘内筒外，Ф1比Ф2大4毫米左右，绝缘外筒壁厚(5-10)毫米即可，最后把绝缘端盖在两端置入固定。
将软态合金丝(或带)全部嵌在绝缘内筒的槽里，且车槽的半径(或宽度)比软态合金丝(或带)的半径(或宽度)大，保护电感绕线长度等于螺距乘以匝数，螺距之间的间距(裙边)至少1.5毫米左右，保护电感两端端部长度A根据自己的需要留取(小电流8mm即可，大电流最少的留20mm)，引线片的大小同样根据电流的大小选取。但是总长度和外径根据实际空间大小确定。
根据已知电感值、电阻值以及其规定的体积大小，再依据空心电感计算公式初步计算出空芯电感的匝数，然后根据电阻定律计算其电阻值，看是否满足预定值的需求，若满足并且在已选的尺寸范围内可以绕制成功，最后再来依据已知脉冲电源的总能量为Q焦耳，利用吸热公式计算所用软态合金丝(或带)的温升，若温升超过基础骨架的燃点温度60％以上，就要重新进行设计计算；如果在基础骨架的着火点温度60％以下，其他条件又满足，保护电感设计就完成了。
现以实例说明
已知电源的总能量Q(焦耳)、脉冲电流I(kA)，电感量L(微亨)以及电阻R(欧姆)。
第一、根据电流I的大小先确定软态合金丝(或带)5截面积S，单位为mm2，截面积S大小为电流I除以1.4--2倍的系数，就可以确定软态合金丝(或带)5的直径D(或宽和厚度)，预选定绝缘内筒2的外径Ф2以及壁厚d1(管壁壁厚大于车槽的深度h，该深度h一般取软态合金丝的直径(或厚度)加10--12毫米)，在此基础上确定出绕在绝缘内筒2上的线圈的平均直径d，即d＝Ф2-2d1+D)。另外，预设定绝缘内筒2的绕线长度或绕线高度a(即绝缘内筒2上被缠的部分的长度)，则绝缘内筒2的长度一般为a加上40-50毫米，且绝缘外筒1长度和内筒2长度相同，在此基础上查表得到Kα，其中Kα为随比值
的变化而变化的常数。
第二、根据空心电感公式(1)，就可计算出电感的匝数：
式(1)中，L为电感量，单位为亨利；μ0为空气的磁导率，为常数；N为电感的匝数；d为线圈平均直径。
第三、验算绝缘内筒长度是否满足绕线匝数乘以螺距加上两端引出片的固定距离(即绝缘内筒长度不小于绕线匝数与螺距的乘积加上两端引出片的固定距离)，其中，两端固定引出片一般各留20-25毫米左右，若不满足，再回到第一步。若满足，就可以进行下一步。
第四根据电阻定律公式(2)，计算出保护电感的电阻。
其中，R为电感的电阻，单位为欧姆；ρ为软态合金丝(或带)的电阻率，单位为微欧米；l为软态合金丝(或带)的长度，单位为米；S为合金丝(或带)的截面积，单位为平方米。
第五、若电阻值满足预定值，就可以进行下一步设计。如果不满足，就要回到第四步重新选择不同电阻率的合金丝(或带)。
第六、根据软态合金丝(或带)的直径D(或厚度和宽度)以及所需的长度l，计算出软态合金丝(或带)的质量m。
第七按绝热过程进行计算，根据吸热公式(3)计算软态合金丝(或带)的温升，若温升低于绝缘内筒燃点的60％，设计就可以满足要求。否则就要回到第一步进行重新设计。
Q＝CmΔt ………………………………………………(3)
式(3)中，Q为总能量，单位为焦耳；C为合金丝(或带)的比热熔，单位为焦耳/克.度；m为软态合金丝(或带)的质量，单位为克；Δt为软态合金丝(或带)的温升，单位为度。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种用于电容器组中的保护电感，包括绝缘外筒(1)、绝缘内筒(2)、绝缘端盖(3)、软态合金丝或软态合金带(5)以及引出片(6)，所述绝缘内筒(2)上车有槽，软态合金丝或软态合金带(5)绕在所述槽中，软态合金丝或软态合金带(5)绕成的线圈两端的引出线分别与引出片(6)固接，所述绝缘内筒(2)套接有绝缘外筒(1)，绝缘内筒(2)两端设置有绝缘端盖(3)。
2.根据权利要求1所述的保护电感，其特征在于，所述两端的引出线相互成180°布置。
3.根据权利要求1或2所述的保护电感，其特征在于，所述绝缘端盖(3)上设置有用于固定的绝缘螺栓(4)。
4.根据权利要求1或2所述的保护电感，其特征在于，所述的绝缘外筒长度和内筒长度相同。
5.一种设计如权利要求1-4之一所述的保护电感的方法，包括如下步骤：
第一、根据预给定的电流I确定所述软态合金丝或软态合金带(5)的截面积S和直径D，并根据预给定的所述绝缘内筒(2)的外径Ф2、壁厚d1、车槽深度h进一步确定出线圈的平均直径d；
第二、根据预给定的电感量L和绝缘内筒(2)的绕线高度a，利用空心电感公式计算出电感的匝数N；
第三、验算绝缘内筒长度是否满足匝数N乘以螺距加上两端引出片的距离，若满足，进行下一步；若不满足，回到第一步重新选择预给定的值，直至绝缘内筒(2)长度满足上述要求；
第四、确定所述软态合金丝或软态合金带(5)的长度l，并利用电阻定律公式，计算出保护电感的电阻R；
第五、若计算出的所述保护电感的电阻R符合预定值，进行下一步设计，如果不满足，返回第四步重新选择不同电阻率的软态合金丝或软态合金带(5)，直至计算出的电阻R符合预定值；
第六、根据所述软态合金丝或软态合金带(5)的截面积S及其长度l，计算出所述软态合金丝或软态合金带的质量m；
第七、按照绝热过程进行计算，根据吸热公式计算所述软态合金丝或软态合金带(5)的温升，若温升低于设定的温度阈值，则设计满足要求，否则回到第一步进行重新设计。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，上述的第七步中，所述的温度阈值为所述绝缘内筒(2)燃点的60％。
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