CN102810383B - 一种可控电抗器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可控电抗器，包括电抗器本体、至少一个负载网络、控制器和相位检测电路，其中，所述各负载网络均包括数控电位器；所述相位检测电路的输入端连接压电驱动器，输出端连接控制器，检测压电驱动器的输出相位或内部感兴趣点的相位，并将检测结果送入控制器；所述控制器根据相位检测电路的检测结果，控制所有负载网络中数控电位器的阻值；所述电抗器本体包含数量与负载网络数量对应的二次侧绕组，各二次侧绕组与负载网络一一对应连接，而电抗器本体的一次侧绕组用于接入工作电路。此种电抗器结构简单、可靠，特别适用于压电作动器等高频、变频领域。

Description

一种可控电抗器
技术领域
本发明属于电磁学和电力电子领域，特别涉及一种可控电抗器。
背景技术
传统上来讲,可控电抗器的分类一般按调节方式来划分，主要分为传统机械式可控电抗器、晶闸管控制电抗器、PWM控制电抗器和磁控电抗器。
机械式可控电抗器包括调匝式和调气隙式。调匝式是通过调节绕组线圈匝数或调节铁心气隙的长度而改变电抗器磁路磁导,从而改变电抗器的电抗值。调匝式可控电抗器较易实现,但是电抗值不能做到无极可调。调气隙式可控电抗器由于机械惯性和电机的控制精度问题而在工程上较难实现，且传动机构也容易发生故障。
晶闸管控制电抗器采用线性电抗器与反并联晶闸管串联的接线方式，通过控制晶闸管的触发角可以控制电抗器的等效电抗值。它控制灵活，响应速度快，缺点是在调节时会产生大量的谐波，需要加装专门的滤波装置。
PWM控制电抗器是新近几年发展起来的一种基于脉宽调制技术的可控电抗器。它使用两个双向开关和一个电抗器构成整个可控电抗器，两个双向开关互补开关操作，从而达到调整电抗值的目的。控制电抗器是基于高频斩波的控制，因此具有响应速度快、谐波含量低、电抗量可平滑调节的优点。但由于电力电子器件的耐压条件约束，使控制电抗器的应用领域受到了相当大的限制。
磁控电抗器是通过改变铁心的磁阻来实现电感值可调，是目前应用较多的一种可控电抗器。改变电抗器磁阻的方法一般有两种，一种是外加直流助磁来改变磁路的饱和程度，另一种是在控制绕组外加交流电流调节电抗器铁心中的磁通来实现电抗值可调的目的。直流磁控式响应速度快，但损耗、噪声和谐波较大。交流磁控式克服了直流磁控式的缺点，但采用分级短路调阻抗形式不能实现平滑调节，而采用双向晶闸管实现阻抗调节也会产生严重的谐波。磁通控制式可控电抗器通过在带气隙的变压器的二次侧采用有源的方式注入一个与一次侧电流成比例的电流,改变二次侧注入电流的大小和相位即可实现变压器一次侧等效阻抗的连续可调。它从原理上来讲不产生谐波,可以实现电抗值的无极可调。但它的控制器要实时检测电抗器一次侧电流频率、相位和大小，对于工频应用场合而言还能胜任，而在压电作动器这类高频且频率变化的场合，对控制器的要求就非常高。此外，这种控制方式需要在电抗器副边以有源方式注入电流，需要额外的能量，这也增加了系统负担，降低了效率。
基于以上分析，本发明人对现有的可控电抗器结构进行深入研究，并经多次改进，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种可控电抗器，其结构简单、可靠，特别适用于压电作动器等高频、变频领域。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种可控电抗器，包括电抗器本体、至少一个负载网络、控制器和相位检测电路，其中，所述各负载网络均包括数控电位器；所述相位检测电路的输入端连接压电驱动器，输出端连接控制器，检测压电驱动器的输出相位或内部感兴趣点的相位，并将检测结果送入控制器；所述控制器根据相位检测电路的检测结果，控制所有负载网络中数控电位器的阻值；所述电抗器本体包含数量与负载网络数量对应的二次侧绕组，各二次侧绕组与负载网络一一对应连接，而电抗器本体的一次侧绕组用于接入工作电路。
上述负载网络还包括电感或电容，或电感和电容的组合，各元器件之间的连接为串联、并联或混联。
采用上述方案后，与目前实现类似功能的装置相比，本发明属无源控制，结构简单、可靠，不会引入谐波干扰；另外，由于数控电位器位数很高，因此调节过程可认为是无极调节，特别适用于压电作动器等高频、变频领域。
附图说明
图1是本发明的原理图；
图2是本发明用于压电作动器的驱动中的示意图；
图3是本发明的等效电路图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2所述，本发明提供一种可控电抗器，包括电抗器本体T、负载网络N、控制器U和相位检测电路G，其中，所述电抗器本体T的一次侧绕组为工作绕组，用来串入或并入工作电路，输出可调控的电抗值；电抗器本体T的二次侧绕组与负载网络N连接。
配合图1所示，所述负载网络N包括数控电位器R，还可根据情况连接电感L或电容C，或同时连接电感L和电容C，各元器件之间的连接可为串联、并联或混联。
所述相位检测电路G的输入端连接压电驱动器，输出端连接控制器U，检测压电驱动器的输出相位或内部感兴趣点的相位，并将检测结果送入控制器U。
所述控制器U控制数控电位器R的阻值大小，改变负载网络阻抗大小，进而改变可控电抗器的一次侧端等效阻抗。
需要说明的是，本发明实施例仅给出了电抗器本体的一个二次侧绕组对应连接一个负载网络的情况，但在实际实施中，当负载网络有多个时，电抗器本体可设置与负载网络数量相同的二次侧绕组，所述负载网络与二次侧绕组一一对应连接，而控制器可对各负载网络中的数控电位器进行独立控制。
图3是本发明可控电抗器的等效电路图。图中Z1是电抗器本体一次侧等效漏阻抗，Zm是电抗器励磁回路等效阻抗，Z2是电抗器本体二次侧折算到一次侧的等效漏阻抗，ZL是负载网络折算到一次侧的等效阻抗，它随负载网络中数控电位器阻值的改变而变化。
由图3可知，该等效电抗器从一次侧看进去的等效阻抗为：
Z=Z1+Zm//(Z2+ZL)
随着ZL从0到∞的改变，总等效阻抗Z呈单调变化。而ZL随着数控电位器R的改变而变化，因此改变R的大小即可改变等效阻抗Z。
需要重点指出的是，本发明属无源控制，且无需检测一次侧电流的频率、大小和相位，因此系统简单、可靠、效率高，不会引入谐波干扰。数控电位器的位数一般都较高（普遍达到10位），因此可认为电抗器的调节是无极调节。
再结合图2，说明本发明用于压电作动器的驱动中。电抗器本体T的磁芯选用非硅钢片材料制作，可用于高频领域。电抗器本体T的一次侧与压电作动器并联，输出可调控的电感值；相位检测电路G的一端与压电驱动器相连，另一端与控制器U相连；相位检测电路G可检测压电驱动器的输出相位，也可检测压电驱动器内部感兴趣点的相位，控制器U据此改变负载网络N中数控电位器R的阻值，从而改变电抗器等效感抗大小，以实现压电驱动器的负载匹配。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可控电抗器，其特征在于：包括电抗器本体、至少一个负载网络、控制器和相位检测电路，其中，所述各负载网络均包括数控电位器；所述相位检测电路的输入端连接压电驱动器，输出端连接控制器，检测压电驱动器的输出相位，并将检测结果送入控制器；所述控制器根据相位检测电路的检测结果，控制所有负载网络中数控电位器的阻值；所述电抗器本体包含数量与负载网络数量对应的二次侧绕组，各二次侧绕组与负载网络一一对应连接，而电抗器本体的一次侧绕组用于接入工作电路。
2.如权利要求1所述的一种可控电抗器，其特征在于：所述负载网络还包括电感或电容，或电感和电容的组合，各元器件之间的连接为串联、并联或混联。
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