CN104021915A - 一种高频电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频电抗器，包括附加油枕、高低压引出套管、油箱、散热装置、温度监测装置、电抗器本体、电抗器绝缘油、底座和端子箱，电抗器本体包括铁心部份，铁心部分包括铁心、铁心夹件和铁心拉紧装置，其特征在于所述铁心由电工钢板JNEX或JNHF冲裁叠层拼装成。这种电抗器具有低铁损、低噪音、低成本和体积小的优点。

Description

一种高频电抗器

技术领域

本发明涉及电力系统中的不可缺少的限流和无功补偿装置，尤指太阳能发电、风力发电领域的中大型高频电抗器，属于特殊变压器制造领域。

背景技术

随着国民经济的高速增长，国内电力工业得到蓬勃发展，并可预见在未来的电力市场仍将保持高速发展的态势。电抗器是一种高效节能的限流和无功补偿装置。随着超高压逐步引入电力市场，它作为一种限流和无功补偿装置而被市场逐渐的认知。在国内也有一些厂家规模化生产，但由于使用的大多是与普通电力变压器一样的材料，所以生产出来的产品不但体大，而且成本也高。特别是在整个人类社会对地球环境问题，如减少环境负荷物排放及与之相关的降低能源消耗和能源的再利用等问题越来越关心的背景下，上述缺陷就显得尤为突出。用于变换变频器机中的高频电抗器无论是使用AC(交流)还是DC(直流)电抗器时，都包含源于电流波形转换的高频成分。因此，第一，高频电抗器用铁心必须具备优良的高频磁特性，特别是为了降低电抗器损失而具备的高频低铁损；第二，为了实现电抗器的小型化就需具备高饱和磁通密度；第三，为了降低电抗器噪音就需具备低磁致伸缩特性。

目前，用于制作电抗器的最好铁心材料是Fe系非晶质材料，其厚度极薄，固有电阻高，在全频范围铁损都低，但其磁饱和强度低，磁滞伸缩大，用作电抗器制造难以实现小型化和低噪音的目标。而超薄取向电工钢板的磁饱和强度高，但因铁损大而存在电抗器发热和效率低下的问题，并且非晶质材料和超薄取向钢都是有取向的。目前的高频电抗器采用Fe系非晶质材料以及超薄取向电工钢板，铁心采用卷铁心结构，即铁心是由薄板卷绕成封闭的环的结构，因此为消除卷绕产生的应力还需要退火，因而会增大铁损。

发明内容

本发明旨在克服上述缺陷，提供一种兼具有铁损低和噪音低的高频电抗器。

具体地，本发明的高频电抗器，包括电抗器本体及附属器件，电抗器本体包括铁心部份，铁心部分包括铁心、铁心夹件和铁心拉紧装置，其特征在于所述铁心由多块电工钢板JNEX或JNHF平板叠层，多个叠层拼装成的叠铁心结构。由于将卷铁心结构变成叠铁心，不需要退火消除应力，铁损低，同时也进一步降低了噪音。

所述油箱与外部联接件间均用耐油、耐腐蚀、防老化的密封件作为过渡密封联接。

所述电抗器本体与油箱接触处有下部定位钉定位器身，油箱和器身的四面设置了限位装置，在上部用吊螺杆与箱盖连接。

在高低压引线的设置上选用电工木作为引线固定的载体。

所述铁心由两个水平叠层和三个竖向叠层拼成“日”字形，其中竖向叠层采用圆形横截面，水平叠层横截面中与竖向叠层衔接一侧为平面，背侧为椭圆截面形状。

线圈的设置均绕在硬纸筒制作的骨架上，并有撑条支撑外加垫块和外撑条锁紧。

根据本发明的高频抗电器具有以下特性：

1、电工钢板JNEX或JNHF磁滞伸缩性为零，不用卷铁心而采用拼装的叠铁心结构，无需退火处理，具有高频低铁损，其铁损低，磁饱和特性平衡优良，当频率≤5KHz或＞5KHz时铁损都更小，频率可以从1KHz～100KHz左右。

2、磁滞伸缩性为零，从而实现最低噪音化。

3、高磁通密度Bs＝1.8～1.87T，非晶质材料只能在1.5及以下。

4、因为无取向加工生产方便，采用率高又不发热，特别适合再生产使用的能源，是高节能、环保产品的最佳选用材料。

附图说明

图1为本发明高频电抗器的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3为铁心装配结构示意图；

图4为图3的A向示意图；

图5为铁心部分结构示意图；

图6和图7分别为图5的A-A、B-B剖视图；

图中：1.附加油枕、2.高低压引出套管、3.油箱、4.散热装置、5.温度监测装置、6.电抗器本体、7.电抗器绝缘油、8.底座、9.端子箱、10.铁心、11.铁心夹件、12.铁心拉紧装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。

如附图1和图2所示，本发明的超级铁心高频电抗器包括：附加油枕1、高低压引线和高低压出套管2、油箱3、散热装置4、温度监测装置5、油箱3内的电抗器本体6、油箱3内的电抗器绝缘油7、底座8和端子箱9组成。

图3和图4则是本发明的高频电抗器的铁心部份，其包括铁心10、铁心夹件11和铁心拉紧装置12。结合图5和图6、图7所示，铁心是由电工钢板JNHF或JNEX冲裁成所需形状的条形平板后，多片叠层成一起，再将三个竖向叠层和两个水平叠层拼装成“日”字形，由图3、4中的铁心夹件11和铁心拉紧装置固定成。JNHF铁心本身就比Fe—Si合金中磁性最优良的6.5％硅钢板的铁损更低，加之又采用叠铁心结构，不需要退火处理，因此铁损明显低于现有高频电抗器铁心。而现有高频电抗器，使用超薄取向硅钢板时，因仅将磁性优良的轧制方向作为磁化方向，故采用卷绕成的卷铁心；铁心材料采用非晶质材料时，因其薄到0.025mm，且为了降低成本并便于管理，仍以卷绕铁心最佳。但本发明采用JNHF铁心时，因其无取向，制作成为冲裁叠层铁心，防止了卷绕铁心因需要热处理而恶化磁性。

结合图5和图6所示，铁心中竖向叠层部分采用圆形横截面。结合图5和图7所示，水平叠层部分横截面则采用下面的形状，与竖向叠层部分衔接一侧为平面，以利于对线圈的支持和提高与竖向叠层部分衔接面积，背侧为椭圆截面形状，以保证磁通面积与竖向部分相等。这种结构能够进一步降低损耗和噪音，还有利于散热。

本发明在运行中的低噪音，保护了环境；也大大地降低了本发明局部放电量，防止了绝缘体的老化延长了本发明的使用了寿命。

作为最佳实施例，油箱3与油枕1等外部联接件间均用耐油、耐腐蚀、防老化的密封件作为过渡密封联接，从而保证了本发明零渗漏的特性。

电抗器本体6与油箱3接触处，本发明不仅仅有下部定位钉定位器身，还可在油箱3和电抗器本体6的四面间隙处设置了垫块等限位装置，在上部用吊螺杆与箱盖连接。真正做到在本发明中从上下、前后、左右限位，使得本发明无论是在恶劣的运输条件下，还是在恶劣的运行情况下器身都不会发生位移。在电抗器本体6与油箱3箱底间还设置弹簧等防震装置。从而大大降低了因震动产生的噪音，保护了环境。

在高低压引线的设置上，本发明首先选用优质电工木作为引线固定的载体，引线在经过木夹件处本发明不但加强了绝缘，还增加了引线与木夹件的固定，从而提高了本发明运行时的可靠性和安全性。

由JNHF铁心有很高磁通密度，所以本发明的磁密可取到1.8～1.87T,根据e_t＝B_mA_z/45,N＝U/e_t得到比用Fe—Si合金作铁心更少的线圈匝数，铜线的重量使用铜导线的长度有密切的关系G＝ρ×l×s而l＝n×r,因线圈匝数的减少，故所用的铜材大大地减少。节约了产品的制造成本，提高了产品的竞争力。

本发明线圈的设置均可以绕在有硬纸筒作为骨架，并有撑条支撑外加垫块和外撑条锁紧，使得线圈更加坚固，提高其抗短路能力；并在线圈的适当位置加设挡油装置，让绝缘油按设定的路线流动，以达到最佳的散热效果，降低温升，防止绝缘体的老化，延长了本发明的使用了寿命。

本发明的超级铁心高频电抗器的油箱部份,是高强度的优质钢板精制而成，它是本发明所用绝缘油和器身等的载体，是本发明的重要组成部份。

1、低铁损

在高频范围，本发明的超级铁心比Fe—Si合金中磁性最优良的6.5％Si钢板的铁损更低。因此，超级铁心是解决电抗器铁损大的问题，而作为转换频率＞10KHz的高频电抗器用的最佳超级铁心。

试验方法

将超级铁心制作成一定尺寸的叠层铁心，并分别将超薄取向Si钢板和非晶质材料制作成相同尺寸的卷绕铁心，以各自最适宜各自材料的铁心结构，对此评价了其不同的高频电抗器性能。

实验结果

实验所得相关数据表明：虽然在使用上述两种材料制作卷绕铁心的过程中实施了消除应力退火，但其铁损还是增大了，其中非晶质材料的增大率最显著；而使用超级铁心时却无铁损的增大(即铁心与材料的铁损相同)。

2、低噪音

JNEX、JNHF的磁滞伸缩率为零，这是其他铁心都没有的优良性能特征，因此由此超级铁心制作电抗器噪音极低。

试验方法：

采用JNHF的超级铁心(板厚0.1mm)、超薄取向Si钢(板厚0.1mm)、铁系非晶材料(板厚0.025mm)制成规定尺寸的卷绕铁心和相同尺寸的切割环形铁心；然后在规定条件下测定了上述铁心制成的电抗器的噪音水平。

试验结果：

查明了被PWM激磁时，噪音与磁通密度的关系：高频电抗器的噪音值反映出材料的磁滞伸缩特性，故本发明铁心的噪音水平极低；且此超级铁心与其他材料铁心的噪音差别随磁通密度的增高而扩大。

高频电抗器通过电工钢板JNEX、JNHF和代表性高频材料——超薄取向电工钢板、铁系非晶材料分别制作了高频电抗器，并对各自的特性做了实验研究和对比评价；通过对其结构的独特设计，获得了以下结论：

(1)本发明高频电抗器体积要比超薄取向电工钢板、铁系非晶材料制作的卷铁心高频电抗器小许40％左右，可大大地节约成本。

(2)本发明高频电抗器损耗低，比普通产品低35％左右，具有重要节能意义。

(3)本发明高频电抗器，可以大幅度降低高频电抗器的噪音。具有重要的环保意义。

作为上述的本发明具有优性能的高频电抗器，除广泛用作电力转换电源设备外，也正在为当今方兴未艾的混合动力(油、气+电动)汽车的电源采用，从而已成为对环保和节能都可作出贡献的重要产品。

Claims (6)

1.一种高频电抗器，包括附加油枕、高低压引出套管、油箱、散热装置、温度监测装置、电抗器本体、电抗器绝缘油、底座和端子箱，电抗器本体包括铁心部份，铁心部分包括铁心、铁心夹件和铁心拉紧装置，其特征在于所述铁心由多块电工钢板JNEX或JNHF平板叠层，多个叠层拼装成的叠铁心结构。

2.根据权利要求1所述的高频电抗器，其特征在于油箱与外部联接件间均用耐油、耐腐蚀、防老化的密封件作为过渡密封联接。

3.根据权利要求2所述的高频电抗器，其特征在于所述电抗器本体与油箱接触处有下部定位钉定位器身，油箱和器身的四面设置了限位装置，在上部用吊螺杆与箱盖连接。

4.根据权利要求3所述的高频电抗器，其特征在于在高低压引线的设置上选用电工木作为引线固定的载体。

5.根据权利要求1至4中之一所述的高频电抗器，其特征在于所述铁心由两个水平叠层和三个竖向叠层拼成“日”字形，其中竖向叠层采用圆形横截面，水平叠层横截面中与竖向叠层衔接一侧为平面，背侧为椭圆截面形状。

6.根据权利要求5所述的高频电抗器，其特征在于线圈的设置均绕在硬纸筒制作的骨架上，并有撑条支撑外加垫块和外撑条锁紧。