CN103426610A - 铁硅铝磁心电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁硅铝磁心电抗器，该电抗器采用铁硅铝磁粉心作为铁心，铁硅铝磁粉心为分布式气隙磁心，由铁基合金粉末制成，在高频下具低损耗特性。磁致伸缩系数儿近为零，使其成为消除滤波电感器中高频噪声的最佳选择。磁心外表面涂覆特制的环氧树脂涂层，具有一层坚固、紧实、防潮的耐化学性屏障，具备优异的介电性能。本发明解决了其他电抗器存在的体积大、重量大、发热严重、噪音大、损耗大的问题。

Description

铁硅铝磁心电抗器

技术领域

本发明涉及一种应用于电路中，具备限流、稳流、无功补偿、移相等作用的电抗器。

背景技术

电抗器是一种电感元件，可在电路中起到限流、稳流、无功补偿、移相等功能。依据国家标准《GB10229-88电抗器》，按其绕组内有无铁心为分类标准，可分为铁心式电抗器和空心式电抗器。目前实际应用中最常用的电抗器是铁心式电抗器，铁心式电抗器的磁路是一个用硅钢片叠积而成的带间隙的铁心，在铁心外面套有线圈。由于磁性材料的磁导率比空气大得多，所以铁心式电抗器的电感值也比空心式电抗器大，但超过一定电流以后，由于铁心饱和磁导率会逐渐减小。因此，当铁心式电抗器和空心式电抗器容量相等时，铁心式电抗器的体积比空心式电抗器的体积相对要小。硅钢片铁心式电抗器的结构外观如附图1所示。

在纯铁中加入少量的硅(一般在4.5％以下)形成的铁硅系合金称为硅钢。以硅钢片叠积而成的铁心最高的饱和磁感应强度值为20000Gs，由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等。硅钢片是软磁材料中产量和使用量最大的材料，也是电源变压器中使用量最大的磁性材料，特别适用于低频、大功率的应用环境。

硅钢铁心电抗器的缺点主要有以下几点：

1、抗饱和能力差：硅钢具有离散的间隙，因此，随著电流增加，会很快出现饱和，若超过安全电流值，可能会造成电感性能整体崩溃；

2、磁心损耗大，随着频率增加，差异会越来越大；

3、开气隙电抗器中的气隙扩散边缘损耗非常严重；

4、含硅量在3％的硅钢的磁致伸缩系数为(1～3)×10-6，含硅量在6.5％的硅钢的磁致伸缩系数为0.1×10-6，由此导致的高频噪声比较大；

5、硅钢铁心电抗器线圈导线采用扁铜线或铜箔，高频涡流损耗比较大。

综上所述，硅钢铁心电抗器具有体积大、重量大、发热严重、及噪音大等问题，并不符合当今产品小型化、低损耗、静音化的主流发展方向。

发明内容

1、铁心

为解决硅钢铁心电抗器存在的问题，本发明公开了一种铁硅铝磁心电抗器，该电抗器采用铁硅铝磁粉心作为铁心。铁硅铝磁粉心为分布式气隙磁心，由铁基合金粉末制成，在高频下具低损耗特性。接近为零的磁致伸缩系数使得铁硅铝磁粉心成为消除滤波电感器中高频噪声的最佳选择。例如，在高频应用时，硅钢心产生的磁心损耗是造成不良温升的主要原因，而铁硅铝磁粉心的损耗很低，高频使用时性能优越，温升相对也很低。相对于硅钢，铁硅铝磁粉心尺寸更为小巧，效率也更高。

尽管硅钢具有饱和磁通密度较高的优点，但铁硅铝在软饱和、磁心损耗低、温度稳定性以及成本等方面具有更高的优势。采用铁硅铝作为电抗器的磁心，与使用间隙硅钢作为电抗器的磁心相对比，具有以下优点：

软饱和：硅钢铁心具有离散的间隙，与铁硅铝磁粉心的分布式间隙不同。因此随着电流增加，硅钢铁心的饱和状态出现的较快，在获得同样电感值的前提下，铁硅铝磁粉心电抗器的体积仅为硅钢铁心电抗器的1/2。

磁心损耗：铁硅铝的磁心损耗远低于硅钢叠片。一般来说，随着频率增加，这种差异变得越来越大(见附图3)。

温度稳定性：硅钢装配件中所用的环氧树脂一般不能像铁硅铝那样在200℃下工作。

成本：铁硅铝磁心的成本低于同样大小的硅钢。

2、导线

传统的电抗器采用扁铜线或铜箔作为导线，属于单根导线；本发明采用镀锡圆铜软绞线TJRX-2(GB12970.2-91电工软铜绞线第2部分：软铜绞线)作为导线。两者的区别在于：

①用单根导线时不易弯曲，柔软性差，给生产、运输、安装、敷设和使用都带来了困难。而采用软铜绞线作为导线，柔韧性优良，便于绕制，使用时方便快捷，力学性能上有一定的柔软性；

②使用单根导线时截面大，涡流损耗大，影响了输电效果。软铜绞线与原导线相比，能够保证电气性能上有一定截面，具有低涡流损耗、低发热的优点，增强输电效果。

3、结构

本发明涉及的铁硅铝磁心电抗器其结构为：导线绕制于圆环形磁心的圆周上，线圈上下布置绝缘垫块和绝缘压板，磁心及线圈中心穿过穿心螺杆，绝缘压板外用螺母压紧(见附图4)。具有结构简单、联接可靠、杂散损耗低及散热情况良好的优点。

附图说明

附图1、硅钢片铁心电抗器外观图

(1-拉紧螺杆 2-吊环 3-钢夹件 4-硅钢片铁心 5-线圈 6-夹紧螺杆 7-垫脚 8-接线端子)。硅钢片铁心电抗器剖面如图2所示(1-铁心上铁轭 2-线圈 3-气隙 4-铁心柱 5-铁心下铁轭)

附图2、硅钢片铁心电抗器剖面图

附图3、铁硅铝磁心与硅钢叠片铁心损耗对比

附图4、铁硅铝磁心电抗器结构剖面图

(1-穿心螺杆 2-绝缘压板 3-线圈 4-绝缘垫块 5-铁硅铝磁心)

附图5、一种有源电力滤波器主回路原理图

具体实施方式

如附图4所示，本发明所采用的技术方案是项5采用铁硅铝磁心，相对磁导率μ可取14～125。磁心外表面涂覆特制的环氧树脂涂层，从而具有了一层坚固、紧实、防潮的耐化学性屏障，具备优异的介电性能。其最大稳态运行温度为200℃。铁硅铝磁心可在200℃下持续工作，且不会出现老化或损坏现象。

项2及项4采用耐高温绝缘材料制作。可保证电感器的绝缘间距及散热性能。

项3线圈，导线采用圆铜软铰线(JB2573-79)TJRX-2，外绝缘采用聚酰亚胺高温胶带包扎。出线折弯处用聚氯乙烯玻纤管(黄腊管)加强绝缘，其接线端子采用SC(JGK)窥口铜接线端子压接。接线端子与导线压接处用热缩管加强绝缘。

项1采用Q235钢制成的双头螺柱，与线圈靠近处采用绝缘管与线圈绝缘。上部(或下部)螺母处套以绝缘垫片，目的是与安装板实现电隔离，以防止形成电回路，造成过热烧毁事故。采用镀锡圆铜软绞线作为导线，具有低涡流损耗、低发热、柔软性优良、便于绕制等优点；其结构是导线绕制于圆环形磁心的圆周上，线圈上下布置绝缘垫块和绝缘压板，磁心及线圈中心穿过穿心螺杆，绝缘压板外用螺母压紧；具有结构简单、联接可靠、杂散损耗低及散热情况良好的优点。

附图5为一种有源电力滤波器主回路原理图。作为输出电抗器，本发明所涉及的铁硅铝磁心电抗器接于有源滤波器主回路，安装于逆变器的电源输出线与负载之间，电抗器上主要流过基波和2～50次谐波，用以钝化逆变器输出电压(开关频率)的陡度，减少逆变器中的功率元件的扰动和冲击，且在负载合闸瞬间能够有效地抑制回路涌流，保护回路中的逆变器装置及其它元器件免受过电流冲击；作为输入电抗器：在输入端加装一个进线电抗器，可以改善逆变器的功率因数及抑制高次谐波电流，滤除高次谐波电压和高次谐波电流，改善电网质量；作为滤波调谐电抗器：调谐电抗器是使用在交流系统上的电抗器，与电容器连接用以调谐滤波回路，便其在音频范围内谐振，用以减低阻塞或滤去谐波或通讯频率.调谐电抗器既可以并联接在系统上(此时系统电压作用在电抗器上)，也可串联在系统上(此时负载电流通过电抗器)。

铁硅铝电抗器还可以使用于变频器、逆变器等具有类似工作环境的电气产品上。

Claims (5)

1.一种应用于电路中的限流、稳流、无功补偿、移相等的铁硅铝磁芯电抗器，其特征在于：采用铁硅铝磁粉心作为铁心。

2.如权利1所述的设备，其特征在于：铁硅铝磁粉芯为分布式气隙磁心，由铁基合金粉末制成。

3.如权利1所述的设备，其特征在于：磁芯外表面涂覆特制的环氧树脂涂层。

4.如权利1所述的设备，其特征在于：采用镀锡圆铜软绞线TJRX-2(GB 12970.2-91电工软铜绞线第2部分：软铜绞线)作为导线。

5.如权利1所述的设备，其特征在于：其结构为：导线绕制于圆环形磁心的圆周上，线圈上下布置绝缘垫块和绝缘压板，磁心及线圈中心穿过穿心螺杆，绝缘压板外用螺母压紧。

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