CN104485214B - 一种快速饱和电抗器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速饱和电抗器。包括闭环铁芯，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；另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；同一铁芯柱直流线圈抽头与交流线圈剩余端子间分别串接一晶闸管，所述各晶闸管的控制端均与控制电路连接；直流线圈L1异名端与直流线圈L3同名端之间、交流线圈L4异名端与交流线圈L2同名端之间分别串联一对电阻；两对电阻之间节点连接二极管；控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节快速饱和电抗器电抗值的大小。

Description

一种快速饱和电抗器
技术领域
本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种快速饱和电抗器。
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(也称为：饱和电抗器，磁控电抗器)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。但现有的饱和电抗器普遍存在反应速度慢的问题，且饱和电抗器需要抽头，制造工艺复杂。CN201410227523.X，CN201410617822.4对现有的磁控饱和电抗器提出改进。但这两项发明对磁控饱和电抗器铁芯的对称度要求较高，工艺要求复杂。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种工艺简单，反应快速的饱和电抗器。
为实现上述目的，本发明采用如下方式：
一种快速饱和电抗器，包括快速饱和电抗器闭环铁芯，快速饱和电抗器闭环铁芯至少有两根截面积相等的铁芯柱，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；这两根铁芯柱分别都有交流线圈与直流线圈；所述各直流线圈、各交流线圈匝数相同；直流线圈有抽头；
其中，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；另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；
同一铁芯柱直流线圈抽头与交流线圈剩余端子间串接一晶闸管，所述各晶闸管的控制端均与控制电路连接；
两铁芯柱的直流线圈的同名端与异名端之间串联电阻值相同的一对电阻；
两铁芯柱的交流线圈的同名端与异名端之间串联电阻值相同的一对电阻；
两对电阻之间节点连接二极管；
控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节快速饱和电抗器电抗值的大小。
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，快速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，快速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，实现控制快速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，实现快速饱和电抗器电抗值的连续调节，快速饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。
一种快速饱和电抗器，包括快速饱和电抗器闭环铁芯，快速饱和电抗器闭环铁芯至少有两根截面积相等的铁芯柱，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；这两根铁芯柱分别都有交流线圈与直流线圈；所述各直流线圈匝数相同，各交流线圈匝数相同；直流线圈匝数与交流线圈匝数不相等；
其中，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；另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；
同一铁芯柱上的直流线圈与交流线圈剩余端子间分别串接一晶闸管，所述各晶闸管的控制端均与控制电路连接；
两铁芯柱上的直流线圈同名端与异名端之间串联阻抗值相同的一对阻抗；
两铁芯柱上的交流线圈同名端与异名端之间串联电阻值相同的一对电阻；
所述一对阻抗之间节点与所述一对电阻之间节点连接二极管；
控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节快速饱和电抗器电抗值的大小。
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，快速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，快速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，实现控制快速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，实现快速饱和电抗器电抗值的连续调节，快速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。
所述二极管为续流二极管。
所述两晶闸管两端分别并联压敏电阻或稳压二极管。
所述两晶闸管两端分别并联电阻与电容串联的阻尼电路。
本发明的有益效果是：对磁控饱和电抗器铁芯的对称度要求减低，方法与工艺简单。利用串联电阻使快速饱和电抗器的暂态过程缩短、调节反应速度加快。且保留了传统结构饱和电抗器的的优点。
附图说明
图1表示传统的饱和电抗器；
图2表示第一种快速饱和电抗器；
图3表示第二种快速饱和电抗器；
其中，1.快速饱和电抗器端子I，2.快速饱和电抗器端子II，3.快速饱和电抗器铁芯，4.控制电路。
实施例1：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
传统饱和电抗器的结构与连接方式如图1所示。传统饱和电抗器普遍存在反应速度慢的问题，且饱和电抗器需要抽头，制造工艺复杂。
第一种快速饱和电抗器的结构与连接方式如图2所示。包括快速饱和电抗器端子I1，快速饱和电抗器端子II2，快速饱和电抗器闭环铁芯3，控制电路4。快速饱和电抗器闭环铁芯3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直流线圈L1和交流线圈L2，另一根铁芯柱上有直流线圈L3和交流线圈L4；交流线圈L2与交流线圈L4的匝数相等，直流线圈L1与直流线圈L3的匝数相等；交流线圈L2与直流线圈L1的匝数相等。直流线圈L1与直流线圈L3分别有抽头，抽头的方式与传统饱和电抗器相同。
闭环铁芯3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L4同名端与直流线圈L1同名端连接在一起后，连接端子I 1；交流线圈L2异名端与直流线圈L3异名端连接在一起后，连接端子II2。直流线圈L1异名端依次串联电阻R1，电阻R2，然后连接直流线圈L3同名端；交流线圈L4异名端依次串联电阻R3，电阻R4，然后连接交流线圈L2同名端，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。直流线圈L1抽头经正向晶闸管D1连接交流线圈L2同名端，直流线圈L3抽头经正向晶闸管D2连接交流线圈L4异名端；晶闸管D1和晶闸管D2的触发端子分别连接控制电路4，控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2触发角的大小，实现连续调节晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小。
电阻R1与电阻R2之间节点还经正向二极管D3连接电阻R3与电阻R4之间节点。二极管D3称为续流二极管。续流二极管提高磁控饱和电抗器续流特性和磁控饱和电抗器铁芯对称度的平衡特性。续流二极管在一些应用场合，可以去除。续流二极管的作用是公共知识，不再累赘。
设第一种快速饱和电抗器额定电压为U1，第一种快速饱和电抗器接入额定电压为U1的系统。当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全截止时，晶闸管D1和晶闸管D2整流电路不工作，直流线圈L1和直流线圈L3中的直流电流等于零。快速饱和电抗器有最大电抗值Zmax。
当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全导通时，流过直流线圈L1与直流线圈L3的直流电流达到最大设计值。快速饱和电抗器有最小电抗值Zmin。
控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小，可控制直流线圈L1和直流线圈L3中直流电流的大小，实现控制快速饱和电抗器电抗值的大小。控制电路4连续控制晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小，可连续控制直流线圈L1和直流线圈L3中直流电流的大小，实现快速饱和电抗器电抗值的连续调节，快速饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。
对比图1与图2可以看出，令图2中的电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4的电阻值等于零，第一种快速饱和电抗器实际就是传统的饱和电抗器。
实验表明，在快速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，可使快速饱和电抗器的暂态过程缩短、调节反应速度快。为了保证对称，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。由于电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4对称，且交流线圈与直流线圈相互形成电路闭环，如果磁控饱和电抗器铁芯的对称度发生偏差，交流线圈与直流线圈相互形成电路闭环中的励磁电流会自动平衡对称度，保证磁控电抗器正常工作。
利用串联电阻使快速饱和电抗器的暂态过程缩短、调节反应速度加快，方法与工艺简单。且保留了传统结构饱和电抗器的的优点。
晶闸管D1与晶闸管D2两端还并联压敏电阻(或稳压二极管)，晶闸管D1与晶闸管D2两端还并联电阻与电容串联的阻尼电路；以保护晶闸管D1与晶闸管D2。这是公共知识，不再累赘。实验表明，晶闸管D1与晶闸管D2两端并联压敏电阻(或稳压二极管)，能提高饱和电抗器的反应速度。
闭环铁芯3可以采用磁阀结构，以改善电流谐波特性。磁阀结构改善磁控饱和电抗器电流谐波特性是公共常识，不再赘述。
图1所示第一种快速饱和电抗器为单相快速饱和电抗器磁。可以把单相快速饱和电抗器推广到三相快速饱和电抗器。推广方法是公共知识，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。
第二种快速饱和电抗器的结构与连接方式如图3所示。与实施例1相同的部分，不再累赘。不同的部分，表述如下。
对比图2与图3可以看出，把图2直流线圈L1抽头至异名端的这一部分线圈去除，图2直流线圈L1的抽头就变为图3直流线圈L1的异名端；把图2直流线圈L3抽头至同名端的这一部分线圈去除，图2直流线圈L3的抽头就变为图3直流线圈L3的同名端。图2的直流线圈L1与直流线圈L3分别有三个引出端子，图3的直流线圈L1与直流线圈L3分别只有两个引出端子。原有的抽头变为线圈的端点，直流线圈制造工艺简化。
交流线圈L4同名端与直流线圈L1同名端连接在一起后，连接端子I 1；交流线圈L2异名端与直流线圈L3异名端连接在一起后，连接端子II2。直流线圈L1的异名端依次串联阻抗Z1，阻抗Z2，然后连接直流线圈L3的同名端；交流线圈L4异名端依次串联电阻R3，电阻R4，然后连接交流线圈L2同名端，阻抗Z1与阻抗Z2的阻抗值相等，电阻R3与电阻R4的电阻值相等。直流线圈L1异名端经正向晶闸管D1连接交流线圈L2同名端，直流线圈L3同名端经正向晶闸管D2连接交流线圈L4异名端；晶闸管D1和晶闸管D2的触发端子分别连接控制电路4，控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2触发角的大小，实现连续调节晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小。
阻抗Z1与阻抗Z2之间节点还经正向二极管D3连接电阻R3与电阻R4之间节点。二极管D3称为续流二极管。
阻抗Z1与阻抗Z2的阻抗值可以是纯电阻。阻抗Z1与阻抗Z2的阻抗值是纯电阻，快速饱和电抗器稳定性较好，但阻抗Z1与阻抗Z2消耗电能较大，发热。阻抗Z1与阻抗Z2增加电抗值，可减小阻抗Z1与阻抗Z2发热。
可以看出，第二种快速饱和电抗器直流线圈制造工艺简化。且保留了传统结构饱和电抗器的的优点。
本发明的一种快速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 (9)

1.一种快速饱和电抗器，其特征是，包括快速饱和电抗器闭环铁芯，快速饱和电抗器闭环铁芯至少有两根截面积相等的铁芯柱，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；这两根铁芯柱分别都有交流线圈与直流线圈；所述各直流线圈匝数相同，各交流线圈匝数相同；直流线圈匝数与交流线圈匝数不相等；
其中，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；另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；
同一铁芯柱上的直流线圈与交流线圈剩余端子间分别串接一晶闸管，所述各晶闸管的控制端均与控制电路连接；
两铁芯柱上的直流线圈同名端与异名端之间串联阻抗值相同的一对阻抗；
两铁芯柱上的交流线圈同名端与异名端之间串联电阻值相同的一对电阻；
所述一对阻抗之间节点与所述一对电阻之间节点连接二极管；
控制电路控制各晶闸管触发角的大小，实现连续调节快速饱和电抗器电抗值的大小。
2.如权利要求1所述的快速饱和电抗器，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，快速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，快速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，实现控制快速饱和电抗器电抗值的大小。
3.如权利要求1所述的快速饱和电抗器，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，快速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，快速饱和电抗器有最小值Zmin；
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，实现快速饱和电抗器电抗值的连续调节，快速饱和电抗器电抗值在 最大值与最小值之间调节、变化。
4.如权利要求1所述的快速饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯是相互没有通路的两个闭环铁芯。
5.如权利要求1所述的快速饱和电抗器，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。
6.如权利要求1所述的快速饱和电抗器，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。
7.如权利要求1所述的快速饱和电抗器，其特征是，所述二极管为续流二极管。
8.如权利要求1所述的快速饱和电抗器，其特征是，所述两晶闸管两端分别并联压敏电阻或稳压二极管。
9.如权利要求1所述的快速饱和电抗器，其特征是，所述两晶闸管两端分别并联电阻与电容串联的阻尼电路。
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