CN102360720B - 磁性零序滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于电力电子技术中的滤波技术领域的一种磁性零序滤波器。该装置中，软磁材料的三相铁芯分别插入上下铁轭的相应的孔内，上下铁轭与三相铁芯紧密连接成一体，以上下铁轭中心圆圆心为基准，三相铁芯之间夹角为120°形成品字型布置；A、B、C三相线圈分别套在三相铁芯上，构成的“品”字型磁道的铁芯绕组相差120°；在开口向上的圆盖外圆上成120°分布焊接三段槽钢制成夹持件，夹持件压在三相铁芯两端用螺栓螺母压紧，不留气隙。本发明铁芯结构独特，三相磁路相等，零线电流为三相电流平值的1/3以下；本发明用的是感性元件，不会出现谐振和过补现象。接线方便，免维护，成本低。
Description
技术领域
本发明属于电力电中的子滤波技术领域，特别涉及抑制三相不平衡和三次谐波造成零线电流过大的一种磁性零序滤波器。
背景技术
随着电力电子技术在电力领域的迅速发展和广泛应用，非线性用电设备(负载)的大量增加，商业办公楼、商场、银行、股票交易中心、学校等大型现代化设备密集应用场所都大量存在中性线过电流问题。主要原因是电视机、计算机、变频空调、微波炉、各种办公设备及照明电源、不间断电源等现代化设备的大量使用，使电网中产生大量的零序电流，虽然单台功率很小，但数量庞大，使零序谐波问题严重，零序电流在中性线上相互叠加，而且这些设备都是单相设备常常使中性线(零线)过流严重，有些中性线电流已远超相线电流。
我国城乡配电网中大量采用三相四线制接线方式，配电变压器为Y/Yno接线，存在很多的单相负载，因此引起配电变压器的三相不平衡运行和中性线电流增加，造成中性点电位的偏移，出现零线电流大于相线电流的情况，电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损和铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，降低供电质量，甚至会影响电能表的精度而造成计量损失。传统电力系统的运行模式被改变，导致电网电能质量的严重恶化。
三次谐波污染主要存在于低压配电网中。对电网危害主要有：功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等。谐波会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。
目前的Yyn0结线组别的三相变压器，都采用三相三柱的日字型铁芯或口字型铁芯，一次侧绕组和二次侧绕组同在一个线包中，套在日字型铁芯的中间柱上，口字型铁芯一次侧绕组和二次侧绕组可以分别套在两个柱上，各绕组之间相互耦合。当二次侧负荷不平衡且有零线电流时，零线电流即为零序电流，而在一次侧由于无中点引出线因此零序电流无法流通，故零序电流不能安匝平衡，对铁心而言，产生激磁零序电流，它受零序激磁阻抗控制，零序激磁阻抗较大，零序电流使相电压的对称受到影响，中性点会偏移，从而引起变压器损耗的增加。在中国专利200720198531.1，“品字型铁芯并联电抗器”中公开了上下铁轭分别用夹件夹持三个线圈分别套在三相心柱上，以上下铁轭中心圆圆心为基准，三相心柱之间夹角为120°方向成品字型设置在下铁轭上，上铁轭压在三相心柱上，该专利的上下轭铁和三相芯柱是完全分开的，上下铁轭与三相心柱之间存在气隙，气隙是增加铁心磁阻，从而引起中性点会偏移，引起变压器损耗的增加；电抗器类产品就是利用磁阻的原理，增加励磁电流，该专利用隙口来调整电感量或电抗值。一般变压器里不需要气隙，尽量让磁阻变小。
在实用新型专利0124483.0中，涉及一种用于三相配电变压器所用的“品”字形卷铁芯。卷铁芯包括三个相同呈等边三角形排列的铁芯环，三个芯柱分别由二个铁芯环对拼、其横截面为二个近似的半圆组合而成，且接处平面密贴，每个半圆划分为个6个梯形区域和一个菱形区域，且每个区域截面的顶点在同一圆周上。但是三相心柱之间也存在气隙，增加铁心磁阻，从而引起中性点会偏移，引起变压器损耗的增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁性零序滤波器，其特征在于，软磁材料的三相铁芯分别插入上下铁轭的相应的孔内，上下铁轭与三相铁芯紧密连接成一体，以上下铁轭中心圆圆心为基准，三相铁芯之间夹角为120°形成品字型布置；A、B、C三相线圈分别套在三相铁芯上，构成的“品”字型磁道的铁芯绕组相差120°；在开口向上的圆盖外圆上成120°分布焊接三段槽钢制成夹持件，夹持件压在三相铁芯两端用螺栓螺母压紧。
所述三相铁芯为硅钢片，分别通过上、下铁轭的孔，交错地对插入线圈骨架内，或单片硅钢片与上、下铁轭分别连接成一体，交错地对插；用螺栓螺母压紧，不留气隙。
所述三相铁芯中一相铁芯的横断面形状是近似于圆的、以中心线为轴的轴对称阶梯形。
所述夹持件用压紧螺栓螺母为在夹持件中心一根，三段槽钢端头各用一根。
所述A、B、C三相线圈的每相线圈分成独立的两组线圈，各相的第一组线圈首端分别与变压器的A、B、C三相联接在一起，第二组线圈首端连接在一起为“E”端，然后将“E”接在变压器的零点上，然后A相的第一组线圈末端和B相的第二组线圈末端连接，B相的第一组线圈末端和C相的第二组线圈末端连接，C相的第一组线圈末端和A相的第二组线圈末端连接；使同相对应芯柱基波磁通移相一个角度，借此时谐波电流在磁道中相应抵消；同时降低三相不平衡电流，净化了零线对地电压和谐波电流。
本发明的有益效果是(1)本发明为无源滤波，通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态，给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。(2)本发明具有如下特点：
1)三相轭铁和柱铁连通为一体
2)三相柱铁为120°对称结构，不引发谐波；
3)由于铁芯结构独特，三相磁路相等，零线电流为三相电流平值的1/3以下；
4)接线方便，免维护，成本低。
5)本发明用的是感性元件，不会出现谐振和过补现象。
附图说明
图1为磁性零序滤波器结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为“品”字型磁道的铁芯的端面示意图。
图4为磁性零序滤波器的A、B、C三相线圈接线示意图。
图5为磁性零序滤波器仪器面板示意图。
图6为叠加在中性线上的谐波状态比较图，其中a为原N相-谐波状态图，B为加磁性零序滤波器N相-谐波状态图。
具体实施方式
本发明提供一种磁性零序滤波器。磁性零序滤波器是一台有软磁材料构成的“品”字型磁道的铁芯绕组相差120°的无源滤波器。
磁性谐波治理的磁性滤波器是指采用软磁材料制造，利用电磁原理和移相技术，用于滤除谐波的装置。采用国际最先进的移相技术和磁路对称设计，可短路及抵消2-60次谐波，达到消除谐波、降低零序电流、调整三相平衡，净化电能质量、保护用电设备的目的。同时提高功率因数，且不存在过补现象。传统的无源滤波和有源滤波技术都是直接研究电路；而磁场滤波技术则是研究磁场，通过改变磁场来解决电路问题的新技术。
磁性滤波器铁芯呈品字型结构，磁路对称，可短路3次及整倍次谐波。采用国际最先进的移相谐波治理技术，确定绕组的绕制连接，使谐波流入磁性滤波器时，谐波产生的磁场在磁性滤波器内部相抵消，达到消除谐波的目的。下面结合附图和实施例对本发明予以说明。
如图1所示，软磁材料(硅钢片)三相铁芯为A相铁芯5、B相铁芯11和C相铁芯7，它们分别通过上铁轭1、下铁轭9上与铁芯相应形状的孔，交错地对插入A相线圈6、B相线圈10和C相线圈8的骨架内，使A相线圈6、B相线圈10和C相线圈8分别套在三相铁芯上，并且A相铁芯、B相铁芯及C相铁芯紧密地和上铁轭1、下铁轭9连接成一体，或单片硅钢片与上、下铁轭分别连接成一体，交错地对插。三相铁芯以上下铁轭中心圆圆心为基准，三相铁芯之间夹角为120°形成品字型布置，构成的“品”字型磁道的铁芯绕组相差120°；然后在开口向上的圆盖4的外圆上成120°分布焊接三段槽钢，即制成夹持件2，夹持件2压在三相铁芯两端用螺栓螺母3压紧，不留气隙。所用压紧螺栓螺母3包括在夹持件2中心一根，三段槽钢端头各用一根(如图2所示)。
所述三相铁芯中一相铁芯的横断面形状是近似于圆的、以中心线为轴的轴对称阶梯形(如图3所示)。
所述A、B、C三相线圈的每相线圈分成独立的两组线圈，各相的第一组线圈首端分别与变压器的A、B、C三相联接在一起，第二组线圈首端连接在一起为“E”端，然后将“E”接在变压器的零点上，然后A相的第一组线圈末端和B相的第二组线圈末端连接，B相的第一组线圈末端和C相的第二组线圈末端连接，C相的第一组线圈末端和A相的第二组线圈末端连接；使同相对应芯柱基波磁通移相一个角度，借此时谐波电流在磁道中相应抵消。同时降低三相不平衡电流，净化了零线对地电压和谐波电流(如图4所示)。在三相四线电力系统中，三次谐波和三相不平衡都会引起谐波电流，而三次谐波电流叠加在中性线上，中性线电流即为“零序谐波电流”。按照以上各点接好后即可合闸投入运行，此时IA、IB、IC即为变压器三相输出电流，即为变压器负载电流。IE为零线电流，如图5所示磁性零序滤波器仪器面板示意图显示，此时零线电流IE应为IA、IB、IC三相电流平均值的1/3以下。因此在治理三相不平衡、三次谐波和零线电流大的方面具有最佳的节能效果；对比效果测试如表1、表2、表3所示。
表1原测试数据
表2加磁性零序滤波器测试数据
表3各相原测试数据与加装磁性零序滤波器测试数据的比较
(1)A相节电估算：
(2)B相节电估算：
(3)C相节电估算：
(4)N相节电估算：
(5)各相节电估算结果汇集
| 名称 | A相 | B相 | C相 | N线 |
| 谐波电流总含有率降低了(THDi％) | 3.6 | 2.8 | 7.4 | 0.6 |
| 3次谐波电流降低了(A) | 3.4 | 6.2 | 6.7 | 15.95 |
| 3次谐波占基波百分比降低了(％r) | 6.1 | 5.4 | 8.6 | 14.8 |
| 相电流节电率(％) | 16.3左右 | 18.8左右 | 10.5左右 | |
| 零线电流降低率(％) | 64.3左右 |
Claims (1)
1.一种磁性零序滤波器，软磁材料的三相铁芯分别插入上下铁轭的相应的孔内，上下铁轭与三相铁芯紧密连接成一体，以上下铁轭中心圆圆心为基准，三相铁芯之间夹角为120°形成品字型布置；A、B、C三相线圈分别套在三相铁芯上，构成的“品”字型磁道的铁芯绕组相差120°,三相铁芯中一相铁芯的横断面形状是近似于圆的、以中心线为轴的轴对称阶梯形；三相铁芯为硅钢片，其特征在于，三相铁芯分别通过上、下铁轭的孔，交错地对插入线圈骨架内，用螺栓螺母压紧，不留气隙；在开口向上的圆盖外圆上成120°分布焊接三段槽钢制成夹持件，夹持件压在三相铁芯两端用螺栓螺母压紧，不留气隙，夹持件用压紧螺栓螺母为在夹持件中心一根，三段槽钢端头各用一根，该磁性零序滤波器三相磁路相等，零线电流为三相电流平值的1/3以下。
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