CN104299751B - 一种直流饱和电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流饱和电抗器。利用串联电阻使直流饱和电抗器的反应速度加快。包括直流饱和电抗器闭环铁芯，其至少有两根截面积相等、各自带有直流线圈和交流线圈的铁芯柱，铁芯柱各自至少能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环；一个铁芯柱的交流线圈的同名端连接端子I，直流线圈的异名端连接端子II，另一个铁芯柱的各线圈则相反；同一铁芯柱交流线圈与直流线圈剩余端子间分别串接一晶闸管和一对电阻，各晶闸管的控制端均与控制电路连接；各对电阻的结点间直接短路连接；各直流线圈匝数相同，各交流线圈匝数相同，直流线圈与交流线圈的匝数不同；控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节直流饱和电抗器电抗值的大小。

Description

一种直流饱和电抗器

技术领域

本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种直流饱和电抗器。

背景技术

电抗器在电力系统中的应用非常广泛。串联电抗器可限制短路电流；并联电抗器可限制过电压；电抗器与电容联合可构成滤波电路。在一些应用领域，电抗器的电抗值是固定不变的；在一些应用领域，电抗器的电抗值应随着电力系统运行方式的变化而不断调节。电抗值可以连续调节的可控饱和电抗器(简称为：饱和电抗器)是重要研究课题。

饱和电抗器是利用饱和电抗器闭环铁芯的饱和特性来改变电抗器的电抗值。已经有许多饱和电抗器被提出来，中国水利水电出版社2008年出版蔡宣三，高越农著《可控饱和电抗器原理、设计与应用》一书对饱和电抗器作了总结。但现有的直流饱和电抗器普遍存在反应速度慢的问题。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种反应快速的直流饱和电抗器。

为实现上述目的，本发明采用如下方式：

一种直流饱和电抗器，包括直流饱和电抗器闭环铁芯，直流饱和电抗器闭环铁芯至少有两根截面积相等，这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环；这两根铁芯柱分别都有交流线圈与直流线圈；

其中，一个铁芯柱的交流线圈的同名端连接端子I，直流线圈的异名端连接端子II；另一个铁芯柱的直流线圈的同名端连接端子I，交流线圈的异名端连接端子II；

同一铁芯柱交流线圈与直流线圈剩余端子间分别串接一晶闸管和一对电阻，所述各晶闸管的控制端均与控制电路连接；

所述各对电阻的结点间直接短路连接；

所述各直流线圈匝数相同，各交流线圈匝数相同，但直流线圈与交流线圈的匝数不同；

控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节直流饱和电抗器电抗值的大小。

所述各铁芯柱上的一对电阻的阻值之和相同，同时与交流线圈异名端和直流线圈同名端相接的电阻阻值相同，另外两个电阻的阻值相同。

当控制电路控制两晶闸管全截止时，两晶闸管不工作，各直流线圈中的直流电流等于零，各交流线圈的电抗值为最大值，直流饱和电抗器有最大值Zmax；

当控制电路控制各晶闸管全导通时，流过各直流线圈的直流电流达到最大设计值，各交流线圈的电抗值为最小值，直流饱和电抗器有最小值Zmin；

控制电路控制各晶闸管整流量的大小，从而控制各直流线圈中直流电流的大小，实现控制直流饱和电抗器电抗值的大小；

控制电路连续控制各晶闸管整流量的大小，从而连续控制各直流线圈中直流电流的大小，实现直流饱和电抗器电抗值的连续调节，直流饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。

一种直流饱和电抗器，包括直流饱和电抗器闭环铁芯，直流饱和电抗器闭环铁芯至少有两根截面积相等，这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环；这两根铁芯柱分别都有交流线圈与直流线圈；

其中，一个铁芯柱的交流线圈的同名端连接端子I，直流线圈的异名端连接端子II；另一个铁芯柱的直流线圈的同名端连接端子I，交流线圈的异名端连接端子II；

同一铁芯柱交流线圈与直流线圈剩余端子间分别串接一晶闸管和一个电阻，所述各晶闸管的控制端均与控制电路连接；

所述连接端子I交流线圈的异名端与连接端子II交流线圈同名端之间还连接第三电阻；

所述各直流线圈匝数相同，各交流线圈匝数相同，但直流线圈与交流线圈的匝数不同；

控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节直流饱和电抗器电抗值的大小。

所述各铁芯柱上交流线圈与直流线圈串接的电阻的阻值相等。

当控制电路控制各晶闸管全截止时，各晶闸管不工作，各直流线圈中的直流电流等于零，各交流线圈的电抗值为最大值；

当控制电路控制各晶闸管全导通时，流过各直流线圈的直流电流达到最大设计值，各交流线圈的电抗值为最小值；

控制电路控制各晶闸管整流量的大小，从而控制各直流线圈中直流电流的大小，实现控制直流饱和电抗器电抗值的大小；

控制电路连续控制各晶闸管整流量的大小，从而连续控制各直流线圈中直流电流的大小，实现直流饱和电抗器电抗值的连续调节，直流饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。

所述闭环铁芯是相互没有通路的两个闭环铁芯。

所述闭环铁芯是一体的，相互有通路的闭环铁芯，它有三根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通三根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。

所述闭环铁芯是一体的，相互有通路的闭环铁芯，它有四根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通四根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。

本发明的有益效果是：利用电阻使直流饱和电抗器的暂态过程缩短、调节反应速度加快，有结构简单、可靠性高的优点。

附图说明

图1表示第一种直流饱和电抗器。

图2表示第二种直流饱和电抗器。

其中，21.直流饱和电抗器端子I，22.直流饱和电抗器端子II，23.直流饱和电抗器铁芯，24.控制电路。

具体实施方式：

实施例1：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

第一种直流饱和电抗器的结构与连接方式如图1所示。包括直流饱和电抗器端子I21，直流饱和电抗器端子II22，直流饱和电抗器闭环铁芯23，控制电路24。直流饱和电抗器闭环铁芯23至少有两根铁芯柱；有两根截面积相等、均有直流线圈和交流线圈的铁芯柱；这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。其中一根铁芯柱上有交流线圈L5和直流线圈L6，另一根铁芯柱上有交流线圈L7和直流线圈L8；交流线圈L5与交流线圈L7的匝数相等，直流线圈L6与直流线圈L8的匝数相等；交流线圈L5与交流线圈L7的匝数是相同电压等级变压器一次线圈匝数的1/2。交流线圈L5与直流线圈L6的匝数不相等。

闭环铁芯23可以是相互没有通路的两个闭环铁芯，例如1：两个口字形铁芯。也可以是一体的，相互有通路的闭环铁芯；例如2：三根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通三根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。例如3：四根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通四根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环，如图1所示。

交流线圈L5同名端与直流线圈L8同名端连接在一起后，连接端子I21；交流线圈L7异名端与直流线圈L6异名端连接在一起后，连接端子II22。交流线圈L5异名端依次串联电阻R1，电阻R2，然后连接交流线圈L7同名端；电阻R1与电阻R2之间结点经电阻R3、正向晶闸管D3连接直流线圈L6同名端；电阻R1与电阻R2之间结点还经电阻R4、正向晶闸管D4连接直流线圈L8异名端；晶闸管D3和晶闸管D4的触发端子分别连接控制电路24，控制电路24控制晶闸管D3和晶闸管D4触发角的大小，实现连续调节晶闸管D3和晶闸管D4整流量的大小。

设第一种直流饱和电抗器额定电压为U5，第一种直流饱和电抗器接入额定电压为U5的系统。当控制电路24控制晶闸管D3和晶闸管D4全截止时，晶闸管D3和晶闸管D4整流电路不工作，直流线圈L6和直流线圈L8中的直流电流等于零。交流线圈L5与交流线圈L7的电抗值为最大值。直流饱和电抗器有最大值Zmax。

当控制电路24控制晶闸管D3和晶闸管D4全导通时，流过直流线圈L6与直流线圈L8的直流电流达到最大设计值。交流线圈L5与交流线圈L7的电抗值为最小值。直流饱和电抗器有最小值Zmin。

控制电路24控制晶闸管D3和晶闸管D4整流量的大小，可控制直流线圈L6和直流线圈L8中直流电流的大小，实现控制直流饱和电抗器电抗值的大小。控制电路24连续控制晶闸管D3和晶闸管D4整流量的大小，可连续控制直流线圈L6和直流线圈L8中直流电流的大小，实现直流饱和电抗器电抗值的连续调节，直流饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。

实验表明，在直流饱和电抗器线圈回路中分别串联电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，可使直流饱和电抗器的暂态过程缩短、调节反应速度快。为了保证交流电流对称，电阻R1与电阻R2的电阻值相等；电阻R3与电阻R4的电阻值相等。

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4采用固定电阻，结构简单。缺点是电阻消耗电能。为了减小电能损耗，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4也可采用可控电阻，可控电阻的方法，可采用专利号：201410353026.4所描述的方法，不再累赘。

实施例2：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

第二种直流饱和电抗器的结构与连接方式如图2所示。包括直流饱和电抗器端子I21，直流饱和电抗器端子II22，直流饱和电抗器闭环铁芯23，控制电路24。直流饱和电抗器闭环铁芯23至少有两根铁芯柱；有两根截面积相等、均有直流线圈和交流线圈的铁芯柱，这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。其中一根铁芯柱上有交流线圈L5和直流线圈L6，另一根铁芯柱上有交流线圈L7和直流线圈L8；交流线圈L5与交流线圈L7的匝数相等，直流线圈L6与直流线圈L8的匝数相等；交流线圈L5与交流线圈L7的匝数是相同电压等级变压器一次线圈匝数的1/2。交流线圈L5与直流线圈L6的匝数不相等。

交流线圈L5同名端与直流线圈L8同名端连接在一起后，连接端子I21；交流线圈L7异名端与直流线圈L6异名端连接在一起后，连接端子II22。交流线圈L5异名端串联电阻R5，然后连接交流线圈L7同名端；交流线圈L5异名端经电阻R3、正向晶闸管D3连接直流线圈L6同名端；交流线圈L7同名端经电阻R4、正向晶闸管D4连接直流线圈L8异名端；晶闸管D3和晶闸管D4的触发端子分别连接控制电路24，控制电路24控制晶闸管D3和晶闸管D4触发角的大小，实现连续调节晶闸管D3和晶闸管D4整流量的大小。

设第二种直流饱和电抗器额定电压为U5，第二种直流饱和电抗器接入额定电压为U5的系统。当控制电路24控制晶闸管D3和晶闸管D4全截止时，晶闸管D3和晶闸管D4整流电路不工作，直流线圈L6和直流线圈L8中的直流电流等于零。交流线圈L5与交流线圈L7的电抗值为最大值。

当控制电路24控制晶闸管D3和晶闸管D4全导通时，流过直流线圈L6与直流线圈L8的直流电流达到最大设计值。交流线圈L5与交流线圈L7的电抗值为最小值。

控制电路24控制晶闸管D3和晶闸管D4整流量的大小，可控制直流线圈L6和直流线圈L8中直流电流的大小，实现控制直流饱和电抗器电抗值的大小。控制电路24连续控制晶闸管D3和晶闸管D4整流量的大小，可连续控制直流线圈L6和直流线圈L8中直流电流的大小，实现直流饱和电抗器电抗值的连续调节，直流饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。

实验表明，在直流饱和电抗器线圈回路中分别串联电阻R3、电阻R4、电阻R5，可使直流饱和电抗器的暂态过程缩短、调节反应速度快。为了保证交流电流对称，电阻R3与电阻R4的电阻值相等。

电阻R3、电阻R4、电阻R5采用固定电阻，结构简单。缺点是电阻消耗电能。为了减小电能损耗，电阻R3、电阻R4、电阻R5也可采用可控电阻，可控电阻的方法，可采用专利号：201410353026.4所描述的方法，不再累赘。

本发明的一种直流饱和电抗器可用现有技术设计制造，完全可以实现，有广阔应用前景。

Claims (10)

1.一种直流饱和电抗器，其特征是，包括直流饱和电抗器闭环铁芯，直流饱和电抗器闭环铁芯至少有两根截面积相等，这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环；这两根铁芯柱分别都有交流线圈与直流线圈；

其中，一个铁芯柱的交流线圈的同名端连接端子I，直流线圈的异名端连接端子II；另一个铁芯柱的直流线圈的同名端连接端子I，交流线圈的异名端连接端子II；

同一铁芯柱交流线圈与直流线圈剩余端子间分别串接一晶闸管和一对电阻，各晶闸管的控制端均与控制电路连接；各铁芯柱上的一对电阻的阻值之和相同，同时与交流线圈异名端和直流线圈同名端相接的电阻阻值相同，另外两个电阻的阻值相同；

各对电阻的结点间直接短路连接；

各直流线圈匝数相同，各交流线圈匝数相同，但直流线圈与交流线圈的匝数不同；

控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节直流饱和电抗器电抗值的大小。

2.如权利要求1所述的直流饱和电抗器，其特征是，当控制电路控制两晶闸管全截止时，两晶闸管不工作，各直流线圈中的直流电流等于零，各交流线圈的电抗值为最大值，直流饱和电抗器有最大值Zmax；

当控制电路控制各晶闸管全导通时，流过各直流线圈的直流电流达到最大设计值，各交流线圈的电抗值为最小值，直流饱和电抗器有最小值Zmin；

控制电路控制各晶闸管整流量的大小，从而控制各直流线圈中直流电流的大小，实现控制直流饱和电抗器电抗值的大小；

控制电路连续控制各晶闸管整流量的大小，从而连续控制各直流线圈中直流电流的大小，实现直流饱和电抗器电抗值的连续调节，直流饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节。

3.如权利要求1所述的直流饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯是相互没有通路的两个闭环铁芯。

4.如权利要求1所述的直流饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯是一体的，相互有通路的闭环铁芯，它有三根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通三根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。

5.如权利要求1所述的直流饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯是一体的，相互有通路的闭环铁芯，它有四根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通四根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。

6.一种直流饱和电抗器，其特征是，包括直流饱和电抗器闭环铁芯，直流饱和电抗器闭环铁芯至少有两根截面积相等，这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环；这两根铁芯柱分别都有交流线圈与直流线圈；

其中，一个铁芯柱的交流线圈的同名端连接端子I，直流线圈的异名端连接端子II；另一个铁芯柱的直流线圈的同名端连接端子I，交流线圈的异名端连接端子II；

同一铁芯柱交流线圈与直流线圈剩余端子间分别串接一晶闸管和一个电阻，各晶闸管的控制端均与控制电路连接；各铁芯柱上交流线圈与直流线圈串接的电阻的阻值相等；所述连接端子I交流线圈的异名端与连接端子II交流线圈同名端之间还连接第三电阻；

各直流线圈匝数相同，各交流线圈匝数相同，但直流线圈与交流线圈的匝数不同；

控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节直流饱和电抗器电抗值的大小。

7.如权利要求6所述的直流饱和电抗器，其特征是，当控制电路控制各晶闸管全截止时，各晶闸管不工作，各直流线圈中的直流电流等于零，各交流线圈的电抗值为最大值；

当控制电路控制各晶闸管全导通时，流过各直流线圈的直流电流达到最大设计值，各交流线圈的电抗值为最小值；

控制电路控制各晶闸管整流量的大小，从而控制各直流线圈中直流电流的大小，实现控制直流饱和电抗器电抗值的大小；

控制电路连续控制各晶闸管整流量的大小，从而连续控制各直流线圈中直流电流的大小，实现直流饱和电抗器电抗值的连续调节，直流饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节。

8.如权利要求6所述的直流饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯是相互没有通路的两个闭环铁芯。

9.如权利要求6所述的直流饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯是一体的，相互有通路的闭环铁芯，它有三根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通三根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。

10.如权利要求6所述的直流饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯是一体的，相互有通路的闭环铁芯，它有四根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通四根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。