CN104811052A - 一种交流电压电流控制器与磁控电抗器及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交流电压电流控制器与磁控电抗器及其工作方法，所述磁控电抗器包括连接在端子I与端子II之间的闭环铁芯交流线圈L1；连接在端子II与端子III之间的磁控电抗器调节器；磁控电抗器调节器的输入端连接闭环铁芯交流线圈L2，输出端连接交流电压电流控制器；交流电压电流控制器连接在端子II与端子III之间，包括一线性线圈L3，线性线圈L3并联一电容C2；晶闸管D1与晶闸管D2反向并联后，串联一线性线圈L4；晶闸管D1、晶闸管D2和线性线圈L4组合并联至所述线性线圈L3的两端；稳压二极管D3与稳压二极管D4反向串联后，并联于所述线性线圈L4的两端；晶闸管D1与晶闸管D2的控制端均与控制电路相连。

Description

一种交流电压电流控制器与磁控电抗器及其工作方法
技术领域
本发明属于电力系统变送技术领域，尤其涉及一种交流电压电流控制器与磁控电抗器及其工作方法。
背景技术
电抗器在电力系统中有广泛应用。而磁控电抗器是一种容量可调的并联电抗器，主要用于电力系统的无功补偿。由于电力系统的需求，可控电抗器一直以来就是一个研究热点，其中前苏联科学家提出的借助直流控制的磁饱和型可控电抗器得到了推广和应用。该类电抗器是借助控制回路直流控制电流的激磁改变铁心的磁饱和度，从而达到平滑调节无功输出的目的。它是在磁放大器的基础上发展起来的。
早在1916年就由美国的E.F.W亚历山德逊提出了“磁放大器”的报告。到了40年代，随着高磁感应强度及低损耗的晶粒取向硅钢带和高磁导、高矩形系数的坡莫合金材料的出现，将饱和电抗器的理论和应用提高到了一个新水平。20世纪70年代以来，由于可控硅器件迅速发展及相控电抗器的出现，可控电抗器被打入“冷宫”。随着电力工业的高速发展，人们对供电质量及可靠性的要求越来越高。由此产生了一系列问题：超(特)高压大电网的形成及负荷变化加剧，要求大量快速响应的可调无功电源来调整电压，维持系统无功潮流平衡，减少损耗，提高供电可靠性。20世纪70年代以来发展起来的相控电抗器(TCR)高昂的造价决定了其在电力系统中广泛应用的不合理性。鉴于上述原因，电力专家们转而寻求更加经济和可靠的可调无功补偿装置。
1986年，原苏联学者提出了磁阀式可控电抗器的新型结构，从而使得可控电抗器的发展有的突破性进展。新型可控电抗器可以应用于直到1150KV的任何电压等级的电网作为连续可调的无功补偿装置，因而可直接接于超高压线路侧，同时发挥同步补偿机和并联电抗器的作用。
现有的各种磁控电抗器存在的问题是：体积大、铁芯重和价格高。而且发明专利：一种交流磁控电抗器(专利号CN201410227523.X)提出了一种改进的磁控电抗器，但该专利提出的交流电压电流控制器过于简单，只有一对反向并联的晶闸管，晶闸管被触发时，会产生较大干扰脉冲，会产生较大谐波。因此，该磁控电抗器的交流电压电流控制器工作特性较差。
发明内容
为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种交流电压电流控制器与磁控电抗器及其工作方法。
本发明采用以下技术方案：
一种交流电压电流控制器，包括一线性线圈L3，所述线性线圈L3并联一电容C2；
晶闸管D1与晶闸管D2反向并联后，串联一线性线圈L4；所述晶闸管D1、晶闸管D2和线性线圈L4组合并联至线性线圈L3两端；
稳压二极管D3与稳压二极管D4反向串联后，并联于所述线性线圈L4的两端；
所述晶闸管D1与晶闸管D2的控制端均与控制电路相连；
所述交流电压电流控制器连接在端子II与端子III之间。
一种交流电压电流控制器的工作方法，所述控制电路控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2的导通角大小；
在所述晶闸管D1与晶闸管D2被触发导通的过程中，所述线性线圈L4用于平滑所述交流电压电流控制器在端子II与端子III之间的电流波形；线性线圈L3与电容C2对高频谐波进行滤波，以改善所述交流电压电流控制器在端子II与端子III之间的电压波形；稳压二极管D3与稳压二极管D4为线性线圈L4提供续流，用于防止晶闸管D1与晶闸管D2突然截止以及线性线圈L4产生过电压。
一种磁控电抗器，包括端子I，端子II，端子III，闭环铁芯交流线圈L1和磁控电抗器调节器；所述闭环铁芯交流线圈L1连接在端子I与端子II之间，磁控电抗器调节器连接在端子II与端子III之间；
所述磁控电抗器调节器，包括：闭环铁芯交流线圈L2，其串接在端子II与端子III之间；所述闭环铁芯交流线圈L2与交流电压电流控制器并联连接；
所述交流电压电流控制器，包括一线性线圈L3，所述线性线圈L3并联一电容C2；晶闸管D1与晶闸管D2反向并联后，串联一线性线圈L4；所述晶闸管D1、晶闸管D2和线性线圈L4组合并联至线性线圈L3两端；稳压二极管D3与稳压二极管D4反向串联后，并联于所述线性线圈L4的两端；所述晶闸管D1与晶闸管D2的控制端均与控制电路相连。
所述磁控电抗器调节器，还包括压敏电阻R1、电容C1与电阻R2，压敏电阻R1并联在闭环铁芯交流线圈L2两端；电容C1与电阻R2串联后并联于压敏电阻R1两端。
所述闭环铁芯交流线圈L1包括闭环铁芯，闭环铁芯上绕有交流线圈L1。
所述闭环铁芯交流线圈L2包括闭环铁芯，闭环铁芯上绕有交流线圈L2。
当控制电路不工作时，磁控电抗器调节器获得磁控电抗器调节器的额定电压；当控制电路工作时，控制电路调节与控制磁控电抗器调节器在端子II与端子III之间的电压小于额定电压。
所述控制电路调节交流电压电流控制器在端子II与端子III这两端之间的交流电压等于或小于额定电压，通过连续调节交流电压电流控制器在端子II与端子III这两端之间的电压，实现连续调节磁控电抗器电抗值的大小。
所述线性线圈L3与电容C2并联谐振频率等于工频。
一种磁控电抗器的工作方法，当控制电路不工作时，磁控电抗器调节器获得磁控电抗器调节器的额定电压；当控制电路工作时，控制电路调节磁控电抗器调节器在端子II与端子III这两端之间的电压小于额定电压；
当所述控制电路调节交流电压电流控制器在端子II与端子III这两端之间的交流电压等于或小于额定电压，通过连续调节交流电压电流控制器在端子II与端子III这两端之间的电压，可实现连续调节磁控电抗器电抗值的大小。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的控制电路控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2全导通时，交流电压电流控制器两端之间的电压很低，接近等于零，此时闭环铁芯交流线圈L1两端的电压超过闭环铁芯交流线圈L1饱和电压，磁控电抗器的交流电流达到设计最大值，磁控电抗器能够呈现最小电抗值；
(2)本发明的控制电路控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2导通角的大小，控制电路控制交流电压电流控制器在端子II与端子III之间的电压小于额定电压时，端子II与端子III之间的交流电压下降，端子I与端子II之间的交流电压上升超过闭环铁芯交流线圈L1的饱和点，闭环铁芯交流线圈L1的铁芯发生交流饱和现象，闭环铁芯交流线圈L1的交流电流增大；连续调节交流电压电流控制器在端子II与端子III之间的电压，可连续调节闭环铁芯交流线圈L1的交流电流大小，实现磁控电抗器电抗值的连续调节；
(3)本发明的交流电压电流控制器可使其在端子II与端子III之间的电压波形比较接近工频正弦，能够改善磁控电抗器输出波形，减少磁控电抗器内部过电压，减少干扰脉冲信号对其他电路的影响，保证磁控电抗器可靠工作。
附图说明
图1表示一种磁控电抗器。
图2表示一种交流电压电流控制器。
其中，1.端子I，2.端子II，3.端子III，4.磁控电抗器调节器，5.交流电压电流控制器，6.控制电路。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
如图2所示，一种交流电压电流控制器5，连接在端子II与端子III之间；所述交流电压电流控制器5，包括一线性线圈L3，所述线性线圈L3并联一电容C2；晶闸管D1与晶闸管D2反向并联后，串联一线性线圈L4；所述晶闸管D1、晶闸管D2和线性线圈L4组合并联至线性线圈L3的两端；稳压二极管D3与稳压二极管D4反向串联后，并联于所述线性线圈L4的两端；所述晶闸管D1与晶闸管D2的控制端均与控制电路6相连。
一种交流电压电流控制器5的工作方法，控制电路6控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2的导通角大小，控制与调节所述交流电压电流控制器5在端子II与端子III之间的交流电压的大小；
在所述晶闸管D1与晶闸管D2被触发导通的过程中，线性线圈L4平滑所述交流电压电流控制器5在端子II与端子III之间的电流波形；线性线圈L3与电容C2对高频谐波进行滤波，以改善所述交流电压电流控制器在端子II与端子III之间的电压波形；稳压二极管D3与稳压二极管D4为线性线圈L4提供续流作用，用于防止晶闸管D1与晶闸管D2突然截止以及线性线圈L4产生过电压。
实施例2：
如图1所示，一种磁控电抗器，包括磁控电抗器端子I，磁控电抗器端子II，磁控电抗器端子III，闭环铁芯交流线圈L1，磁控电抗器调节器4。闭环铁芯交流线圈L1连接在端子I与端子II之间，磁控电抗器调节器4连接在端子II与端子III之间。闭环铁芯交流线圈L1包括闭环铁芯，闭环铁芯上绕有交流线圈L1。
磁控电抗器调节器4是一种分压与调节装置，当磁控电抗器调节器4的控制电路不工作时，磁控电抗器调节器4获得磁控电抗器调节器4的额定电压；当控制电路工作时，控制电路调节与控制磁控电抗器调节器4在端子II与端子III这两端之间电压小于额定电压。
设端子I与端子III之间的电压，也就是磁控电抗器的额定工作电压为U1；端子II与端子III之间的电压，也就是磁控电抗器调节器4的额定电压为U2，U2＝0.1U1～0.5U1；端子I与端子II之间的电压，也就是闭环铁芯交流线圈L1的额定电压为U3＝U1-U2。闭环铁芯交流线圈L1的额定电压是U3＝U1-U2，闭环铁芯交流线圈L1的临界饱和点的电压等于k1*U3，其中：k1＝1～1.2。
磁控电抗器调节器4在端子II与端子III之间的连接闭环铁芯交流线圈L2，闭环铁芯交流线圈L2包括闭环铁芯，闭环铁芯上绕有交流线圈L2。闭环铁芯交流线圈L2并联交流电压电流控制器5。控制电路6控制与调节交流电压电流控制器5在端子II与端子III之间的交流电压的大小。
磁控电抗器接入电压为U1的电力系统，在控制电路6不工作条件下，闭环铁芯交流线圈L2获得电压U2，闭环铁芯交流线圈L1获得的电压为U1-U2。由于闭环铁芯交流线圈L1与闭环铁芯交流线圈L2没有发生饱和，磁控电抗器呈现最大电抗值。
当交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压等于零，闭环铁芯交流线圈L1两端电压上升为U1。该电压超过闭环铁芯交流线圈L1饱和电压，磁控电抗器的交流电流达到设计最大值。磁控电抗器呈现最小电抗值。
当控制电路6控制交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压小于额定电压时，端子II与端子III之间的交流电压下降，端子I与端子II之间的交流电压将上升；端子I与端子II之间的交流电压上升超过闭环铁芯交流线圈L1的饱和点，闭环铁芯交流线圈L1的铁芯发生交流饱和现象，闭环铁芯交流线圈L1的交流电流增大。交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压越小于额定电压，闭环铁芯交流线圈L1的交流电流越大；交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压越大于额定电压，闭环铁芯交流线圈L1的交流电流越小。连续调节交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压，可连续调节闭环铁芯交流线圈L1的交流电流大小，实现磁控电抗器电抗值的连续调节。
本发明的交流电压电流控制器，如图2所示，交流电压电流控制器5连接在端子II与端子III，所述交流电压电流控制器5连接有一线性线圈L3，所述线性线圈L3并联一电容C2；晶闸管D1与晶闸管D2反向并联后，串联一线性线圈L4；所述晶闸管D1、晶闸管D2和线性线圈L4组合并联至线性线圈L3的两端；稳压二极管D3与稳压二极管D4反向串联后，并联于所述线性线圈L4的两端；所述晶闸管D1与晶闸管D2的控制端均与控制电路6相连。
线性线圈L3与电容C2并联谐振频率等于工频。
本发明的交流电压电流控制器的工作原理为：
线性线圈L3与电容C2对工频电压以外的高频谐波有滤波作用，以改善交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压波形。晶闸管D1与晶闸管D2被触发导通过程中，线性线圈L4可平滑电流波形，防止电流波形过快变化，避免引起交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压波形的突变。稳压二极管D3与稳压二极管D4为线性线圈L4提供续流作用，防止晶闸管D1与晶闸管D2突然截止和线性线圈L4产生过电压。
控制电路6控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2的导通角大小，可控制与调节交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的交流电压的大小。
磁控电抗器接入电压为U1的电力系统，控制电路6控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2截止时，闭环铁芯交流线圈L2获得电压U2，闭环铁芯交流线圈L1获得电压为(U1-U2)。由于闭环铁芯交流线圈L1与闭环铁芯交流线圈L2没有发生饱和，磁控电抗器呈现最大电抗值。
当控制电路6控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2全导通时，交流电压电流控制器5两端之间的电压很低。闭环铁芯交流线圈L1两端电压上升为U1。该电压超过闭环铁芯交流线圈L1饱和电压，磁控电抗器的交流电流达到设计最大值，磁控电抗器呈现最小电抗值。
当控制电路6控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2导通角的大小，控制电路6控制交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压小于额定电压时，端子II与端子III之间的交流电压下降，端子I与端子II之间的交流电压将上升；端子I与端子II之间的交流电压上升超过闭环铁芯交流线圈L1的饱和点，闭环铁芯交流线圈L1的铁芯发生交流饱和现象，闭环铁芯交流线圈L1的交流电流增大。交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压越小于额定电压，闭环铁芯交流线圈L1的交流电流越大；交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压越大于额定电压，闭环铁芯交流线圈L1的交流电流越小。连续调节交流电压电流控制器5在端子II与端子III这两端之间的电压，可连续调节闭环铁芯交流线圈L1的交流电流大小，实现磁控电抗器电抗值的连续调节。
本发明的交流电压电流控制器5可使其在端子II与端子III这两端之间的电压波形比较接近工频正弦，能够改善磁控电抗器输出波形，减少磁控电抗器内部过电压，减少干扰脉冲信号对其他电路的影响，保证磁控电抗器可靠工作。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种交流电压电流控制器，其特征在于，包括一线性线圈L3，所述线性线圈L3并联一电容C2；
晶闸管D1与晶闸管D2反向并联后，串联一线性线圈L4；所述晶闸管D1、晶闸管D2和线性线圈L4组合并联至线性线圈L3两端；
稳压二极管D3与稳压二极管D4反向串联后，并联于所述线性线圈L4的两端；
所述晶闸管D1与晶闸管D2的控制端均与控制电路相连；
所述交流电压电流控制器连接在端子II与端子III之间。
2.一种如权利要求1所述的交流电压电流控制器的工作方法，其特征在于，所述控制电路控制并调节晶闸管D1与晶闸管D2的导通角大小；
在所述晶闸管D1与晶闸管D2被触发导通的过程中，所述线性线圈L4用于平滑所述交流电压电流控制器在端子II与端子III之间的电流波形；线性线圈L3与电容C2对高频谐波进行滤波，以改善所述交流电压电流控制器在端子II与端子III之间的电压波形；稳压二极管D3与稳压二极管D4为线性线圈L4提供续流，用于防止晶闸管D1与晶闸管D2突然截止以及线性线圈L4产生过电压。
3.一种磁控电抗器，其特征在于，包括端子I，端子II，端子III，闭环铁芯交流线圈L1和磁控电抗器调节器；所述闭环铁芯交流线圈L1连接在端子I与端子II之间，磁控电抗器调节器连接在端子II与端子III之间；
所述磁控电抗器调节器，包括：闭环铁芯交流线圈L2，其串接在端子II与端子III之间；所述闭环铁芯交流线圈L2与交流电压电流控制器并联连接；
所述交流电压电流控制器，包括一线性线圈L3，所述线性线圈L3并联一电容C2；晶闸管D1与晶闸管D2反向并联后，串联一线性线圈L4；所述晶闸管D1、晶闸管D2和线性线圈L4组合并联至线性线圈L3两端；稳压二极管D3与稳压二极管D4反向串联后，并联于所述线性线圈L4的两端；所述晶闸管D1与晶闸管D2的控制端均与控制电路相连。
4.如权利要求3所述的磁控电抗器，其特征在于，所述磁控电抗器调节器，还包括压敏电阻R1、电容C1与电阻R2，压敏电阻R1并联在闭环铁芯交流线圈L2两端；电容C1与电阻R2串联后并联于压敏电阻R1两端。
5.如权利要求3所述的磁控电抗器，其特征在于，所述闭环铁芯交流线圈L1包括闭环铁芯，闭环铁芯上绕有交流线圈L1。
6.如权利要求3所述的磁控电抗器，其特征在于，所述闭环铁芯交流线圈L2包括闭环铁芯，闭环铁芯上绕有交流线圈L2。
7.如权利要求3所述的磁控电抗器，其特征在于，当控制电路不工作时，磁控电抗器调节器获得磁控电抗器调节器的额定电压；当控制电路工作时，控制电路调节与控制磁控电抗器调节器在端子II与端子III之间的电压小于额定电压。
8.如权利要求7所述的磁控电抗器，其特征在于，所述控制电路调节交流电压电流控制器在端子II与端子III这两端之间的交流电压等于或小于额定电压，通过连续调节交流电压电流控制器在端子II与端子III这两端之间的电压，实现连续调节磁控电抗器电抗值的大小。
9.如权利要求3所述的磁控电抗器，其特征在于，所述线性线圈L3与电容C2并联谐振频率等于工频。
10.一种如权利要求3所述的磁控电抗器的工作方法，其特征在于，当控制电路不工作时，磁控电抗器调节器获得磁控电抗器调节器的额定电压；当控制电路工作时，控制电路调节磁控电抗器调节器在端子II与端子III这两端之间的电压小于额定电压；
当所述控制电路调节交流电压电流控制器在端子II与端子III这两端之间的交流电压等于或小于额定电压，通过连续调节交流电压电流控制器在端子II与端子III这两端之间的电压，实现连续调节磁控电抗器电抗值的大小。
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