CN105185526A - 三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器及其制造方法，包括A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱、两个横轭以及分别套至于所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱上的线圈，所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱依次间隔地连接于所述两个横轭之间，该两个横轭平行间隔设置；所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱均包括层叠设置的硅钢片以及气隙块；所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱的横截面积相同，其电气匝数值依次分别为N、N+0.5、N+1，各相铁芯柱的气隙个数以及每个气隙的厚度分别满足预设公式。本发明具有修正因半匝问题引起的电感量不平衡现象以及满足三相电抗器的电感量三相不平衡率≤4%的要求的有益效果。

Description

三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器及其制造方法

技术领域

本发明涉及铁芯电抗器领域，尤其涉及一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器及其制造方法。

背景技术

铁芯电抗器作为电力电子领域不可或缺的重要部件，大量应用于输电电网的谐波抑制、功率补偿等，其还应用于电力机车、航海船舶、新能源、UPS等电路中的滤波、谐振、限流等。

由于整机结构的原因，在实际使用中的三相电抗器会采用前进后出的接线方式，即进线在线圈的前面，出线在线圈后面，又或者相反，这就导致了半匝电抗器的产生。磁通(或磁力线)经过的闭合路径称为磁路。当一导体从起点由磁路外围垂直于磁通方向绕360度再回到起点时，其与磁通完全交链为一整匝；当绕过180度至起点的正对面结束时，其与磁通交链一半则为半匝。在三相三芯柱铁芯中，由于铁芯为心式结构，这就导致了同样的结构圈数（带半匝时）而电气圈数确不相同。设中间芯柱为N匝，则左边与右边芯柱圈数分别为N-0.5匝、N+0.5匝，也就是说在三相三芯柱铁芯中，半匝会使ABC三相的电气圈数不相等，这是三芯柱的磁路方式决定的，ABC三相圈数不相等最大的问题就是会导致三相电抗器的电感量不相等，其平衡度视圈数的多少会超差很多。

而电感量与线圈匝数的平方成正比，例如：

设中间的B线圈为50.5T，侧左右的AC线圈分别为50、51匝，算出其理论的三相电感不平衡率为4%；

当B线圈取20.5T匝时，AC线圈则为20、21匝，同样可以算出其理论的三相电感不平衡率为9.8%；

当B线圈取10.5T匝时，AC线圈则为10、11匝，其理论的三相电感不平衡率为19%；

当B线圈取5.5T匝时，AC线圈则为5、6匝，其理论的三相电感不平衡率为36.2%；

按行业内标准，三相电感量不平衡率均要求在4%以内，有时甚至要求小于2%。按目前的方法，三相半匝电抗器是无法达到的且有时会相差甚远，目前业内各厂家生产的三相电抗器，无论是整匝或半匝，三个线圈、三个铁芯柱截面积和每个芯柱的气隙均基本一样的，这就导致了其三相电感量视线圈匝数多少按其相差匝数的平方比例超出，这会给整机带来很大困扰。

因此，现有技术存在缺陷，亟需改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷，提供一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器及其制造方法。

本发明解决技术问题采用的技术手段是：提供一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器，包括A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱、两个横轭铁芯以及分别套至于所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱上的线圈，所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱依次间隔地连接于所述两个横轭铁芯之间，该两个横轭铁芯平行间隔设置；所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱均包括层叠设置的硅钢片以及气隙块；

所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱的横截面积相同，其电气匝数值依次分别为N、N+0.5、N+1，根据各相铁芯柱的电气匝数值W、铁芯截面积S、额定电感量L以及工作频率f计算出各相铁芯柱总气隙Lg=0.4*π*W^2*S*10^-8/L，所以三相气隙Lg不相等。

在本发明提供的三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器中，所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱外涂有环氧胶。

在本发明提供的三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器中，该两个横轭芯铁均呈长方体状。

本发明还提供了一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法，包括以下步骤：

a、预设A相铁芯柱的线圈电气匝数值为N，B相铁芯柱的线圈应电气匝数值为N+0.5，C相铁芯柱的线圈应电气匝数值为N+1；

b、根据各相铁芯柱的电气匝数值W、铁芯截面积S、额定电感量L以及工作频率f计算出各相铁芯柱总气隙Lg=0.4*π*W^2*S*10^-8/L，三相气隙Lg不相等。

c、根据计算得到的各相铁芯柱的气隙个数以及每个气隙的厚度分别放置好各相铁芯柱的各层硅钢片以及气隙块，分别在A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱套入对应的各相线圈；

d、将所述A相铁芯柱、所述B相铁芯柱以及所述C相铁芯柱依次间隔地连接于两个横轭铁芯之间，该两个横轭铁芯平行间隔设置。

在本发明提供的一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法中，在所述步骤c中，在分别将在A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱套入对应的各相线圈前还包括以下步骤：

在各相铁芯柱的外侧壁上涂环氧胶。

在本发明提供的一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法中，还包括步骤e：

对所述步骤d中得到成品进行真空浸漆及烘烤。

实施本发明具有以下有益效果：

通过对各相铁芯柱依照其额定电感量、电气匝数、铁芯柱截面积重新设计每个铁芯柱的气隙布置，进而通过对该三相铁芯柱的不等气隙布置来修正因半匝问题引起的电感量不平衡现象并满足三相电抗器的电感量三相不平衡率≤4%的要求。

附图说明

图1是本发明一优选实施例中的三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的结构示意图。

图2是本发明一优选实施例中的三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法的流程框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1示出了本发明一优选实施例中的一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器，包括A相铁芯柱101、B相铁芯柱102、C相铁芯柱103、两个横轭铁芯300以及分别套至于所述A相铁芯柱101、B相铁芯柱102、C相铁芯柱103上的线圈（图未示）。所述A相铁芯柱101、B相铁芯柱102、C相铁芯柱103依次间隔地连接于该两个横轭铁芯300之间，该两个横轭铁芯300平行间隔设置；所述A相铁芯柱101、B相铁芯柱102、C相铁芯柱103均包括层叠设置的硅钢片100以及气隙块200；

所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱的横截面积相同，其电气匝数值依次分别为N、N+0.5、N+1，根据各相铁芯柱的电气匝数值W、铁芯截面积S、额定电感量L以及工作频率f计算出各相铁芯柱总气隙Lg=0.4*π*W^2*S*10^-8/L，为了保持电感量一致，由于三相匝数不相同，所以三相气隙Lg不相等。根据每相气隙的总厚度Lg可细分为多个小气隙以降低气隙损耗，使其之和等于Lg。

具体地，在本发明提供的三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器中，A相铁芯柱101、B相铁芯柱102、C相铁芯柱103的外侧壁上均涂有环氧胶，其主要起绝缘和粘结作用，当然，其他类似绝缘涂料也是可以采用的。该两个横轭铁300均呈长方体状。当然，其并不限于此。

如图2所示，本发明还提供了一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法，包括以下步骤：

S1、预设A相铁芯柱101的线圈电气匝数值为N，B相铁芯柱102的线圈应电气匝数值为N+0.5，C相铁芯柱103的线圈应电气匝数值为N+1；

S2、根据各相铁芯柱的电气匝数值W、铁芯截面积S、额定电感量L以及工作频率f计算出各相铁芯柱总气隙Lg=0.4*π*W^2*S*10^-8/L，三相气隙Lg不相等。根据每相气隙的总厚度Lg可细分为多个小气隙以降低气隙损耗，使其之和等于Lg。

S3、根据计算得到的各相铁芯柱的气隙个数以及每个气隙的厚度分别放置好各相铁芯柱的各层硅钢片以及气隙块，分别在A相铁芯柱101、B相铁芯柱102、C相铁芯柱103套入对应的各相线圈；

S4、将所述A相铁芯柱101、所述B相铁芯柱102以及所述C相铁芯柱103依次间隔地连接于两个横轭铁芯300之间，该两个横轭铁芯300平行间隔设置。

优选地，在该一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法的步骤S3中，在分别将在A相铁芯柱101、B相铁芯柱102、C相铁芯柱103套入对应的各相线圈前还包括以下步骤：

在各相铁芯柱的外侧壁上涂环氧胶。

在本发明提供的一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法中，还包括步骤S5：

对所述步骤S4中得到成品进行真空浸漆及烘烤。

实施本发明具有以下有益效果：

通过对各相铁芯柱依照其额定电感量、电气匝数、铁芯柱截面积重新设计每个铁芯柱的气隙布置，进而通过对该三相铁芯柱的不等气隙布置来修正因半匝问题引起的电感量不平衡现象并满足三相电抗器的电感量三相不平衡率≤4%的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器，包括A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱、两个横轭铁以及分别套至于所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱上的线圈，所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱依次间隔地连接于所述两个横轭铁芯之间，该两个横轭铁芯平行间隔设置；所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱均包括层叠设置的硅钢片以及气隙块；其特征在于，所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱的横截面积相同，其电气匝数值依次分别为N、N+0.5、N+1，各相铁芯柱的气隙总厚度Lg=0.4*π*W^2*S*10^-8/L，三相气隙Lg不相等；其中W表示匝数，S表示一相铁芯的有效截面积，L为电感量。

2.根据权利要求1所述的三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器，其特征在于，所述A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱外涂有环氧胶。

3.根据权利要求2所述的三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器，其特征在于，该两个横轭铁芯均呈长方体状。

4.一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、预设A相铁芯柱的线圈电气匝数值为N，B相铁芯柱的线圈应电气匝数值为N+0.5，C相铁芯柱的线圈应电气匝数值为N+1；

b、根据各相铁芯柱的电气匝数值W、铁芯截面积S、额定电感量L以及工作频率f计算出各相铁芯柱总气隙Lg=0.4*π*W^2*S*10^-8/L，三相气隙Lg不相等；

c、根据计算得到的各相铁芯柱的气隙个数以及每个气隙的厚度分别放置好各相铁芯柱的各层硅钢片以及气隙块，分别在A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱套入对应的各相线圈；

d、将所述A相铁芯柱、所述B相铁芯柱以及所述C相铁芯柱依次间隔地连接于两个横轭之间，该两个横轭平行间隔设置。

5.根据权利要求4所述的一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法，其特征在于，在所述步骤c中，在分别将在A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱套入对应的各相线圈前还包括以下步骤：

在各相铁芯柱的外侧壁上涂环氧胶。

6.根据权利要求5所述的一种三相不等气隙的三芯柱半匝电抗器的制造方法，其特征在于，还包括步骤e：

对所述步骤d中得到成品进行真空浸漆及烘烤。