CN105261466B - 磁控可调电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁控可调电抗器(单、三相)，利用变压器变换阻抗的原理，把一个电抗器和一个变压器按一定比例合在一起绕制，相当于一个电抗器和一个变压器串联在一起，改变变压器二次侧阻抗来调节一次侧阻抗。微小的阻抗变换易于实现，可实现电抗率K从4.5％～6％的变换，也可以在确定的电抗率K的±10％左右微调，使调节更精确。工作时除了阻抗可调之外，接线和普通电抗器没有任何区别，阻抗出厂调好后，其阻抗随电网的谐波按正比例变化。

Description

磁控可调电抗器

技术领域

本发明属于低压电器成套开关设备无功功率补偿控制装置无源滤波技术领域领域，针对电力电网系统存在谐波时起到抑制或消除各次谐波及限制合闸涌流作用，涉及电抗器，尤其是一种磁控可调电抗器。

背景技术

当前国内无源滤波是采用电容器支路匹配电抗对某次谐波产生谐振的原理而滤除电网谐波的，技术要求需要串抗和电容器的参数匹配的非常好才达到预期效果，一般是采用调节电抗器的气隙的方式来进行参数匹配，调整气隙只有出厂时单独对电抗器的电抗调整一次，在电力电网系统中和电容匹配调节很困难，其实电网系统参数很复杂，不同的电网有不同的参数，当滤波支路接入系统，不可避免存在一定的误差。电抗器使用现场不能统调很难达到预想的效果。新装电容补偿装置开始可能滤波效果还可以，而电容器电抗器随时间慢慢老化，参数处于一个缓慢变化过程中，所以会造成匹配偏差越来越大，影响电网滤波效果。

在电抗率选择上，一般通过实践3次谐波的最佳滤波电抗率为11.1％、5次为4％、7次为2％，而实际选择的电抗率都大于而不是小于这个值，这是因为只有大于在该次谐波频率时，这个支路的等效感抗为感性，否则就变成容性了，而变成容性就比较容易与电网系统构成谐振造成电容烧毁的事故。为避免并联谐振的发生，电容器串联电抗器，它的电抗率按背景谐波次数选取。电网的背景谐波为5次及以上时，宜选取4.5％～6％；电网的背景谐波为3次及以上时，宜选取12％或略大一些。例：配置6％的电抗器抑制5次谐波效果好，但明显的放大3次谐波其谐振点为如：K＝6％则比较靠近3次谐波，与5次谐波的频率250Hz，裕量大。配置4.5％的电抗器对3次谐波轻微放大，其谐振点为K＝4.5％则与5次谐波间距较小。因此在抑制5次及以上谐波，同时又要兼顾减小对3次谐波的放大才最适宜。

究竟选多大电抗率最好，这需要和具体电力系统匹配，只有利用具体的电力系统参数调整才最适宜，这样对串联电抗器提出要求，必须采用可调电抗器根据现场电力情况进行微调才能较为理想地解决该问题。

现有的可调电抗器大致可分为一下几种方案：

1.调节电抗器抽头：工艺比较麻烦，因电抗器本身阻抗很小，线粗，调节很不方便，每次调节需要重新接线、重新安装。

2.调节电抗器气隙：这是电抗器普遍采用的方法，电抗器出厂时气隙根据阻抗计算要求只能调整一次，如果做成可调需要较为精密的机械传动装置，响应慢，噪声也很大。

3.直流助磁式：采用直流助磁式方案通过调节直流激磁电流的大小改变交流等值磁导从而实现电感连续可调，其响应速度快，但长期正常运行时，铁心处于磁饱和状态、损耗大、噪声大，谐波较大，而且要通过磁饱和使电抗器励磁阻抗变得很小是很难的。

4.TCR(晶闸管控制电抗器)：TCSC中采用调节晶闸管触发角的方式由于采用晶闸管调触发角的方式改变电流来调节电感量，因此必然产生谐波污染。

5.利用外接的电子控制线路进行调整，线路复杂成本太高，用在电力系统可靠性差，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构工艺新颖、可调范围宽、工作噪音小，对电网无任何谐波污染的磁控可调电抗器。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种磁控可调电抗器，将电抗器和变压器按一定比例合在一起绕制，电抗器绕组为变压器的一次绕组，通过改变变压器二次侧阻抗来调节电抗器阻抗。

所述的磁控可调电抗器，包括三组铁芯、变压器绕组、电抗器绕组及骨架，所述的骨架由横隔板及竖隔板构成，横隔板为矩形框结构，竖隔板为矩形板结构，三组铁芯纵向对齐平行间隔排布，在三组铁芯的相对位置上、下间隔套装两横隔板，在两横隔板之间每一铁芯的四侧均卡装四个竖隔板，分别围绕前、后铁芯及其四侧的竖隔板各缠绕一个变压器绕组，中间的铁芯不缠绕组，共同围绕三组铁芯在两个变压器绕组的外侧缠绕一个电抗器绕组，在三组铁芯的顶部安装一接线盒，在接线盒上安装调节开关。

所述的磁控可调电抗器，包括三组铁芯、变压器绕组、可变阻抗绕组、电抗器绕组及骨架，所述的骨架由横隔板及竖隔板构成，横隔板为矩形框结构，竖隔板为矩形板结构，三组铁芯纵向对齐平行间隔排布，在三组铁芯的相对位置上、下间隔套装两横隔板，在两横隔板之间每一组铁芯的四侧均卡装四个竖隔板，围绕中间铁芯及其四侧的竖隔板缠绕变压器绕组，围绕后方铁芯及其四侧的竖隔板缠绕可变阻抗绕组，前方的铁芯不缠绕组，共同围绕中间铁芯及前方铁芯在中间铁芯变压器绕组的外侧缠绕电抗器绕组，在三组铁芯的顶部安装一接线盒，在接线盒上安装调节旋钮。

而且，在相邻的两组铁芯之间两侧填充安装绝缘条板。

而且，所述三组铁芯均为EI型，截面尺寸相同或不同。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明利用变压器变换阻抗的原理，把一个电抗器和一个变压器按一定比例合在一起绕制，相当于一个电抗器和一个变压器串联在一起，改变变压器二次侧阻抗来调节一次侧阻抗。微小的阻抗变换易于实现，可实现电抗率K从4.5％～6％的变换，也可以在确定的电抗率K的±10％左右微调，使调节更精确。工作时除了阻抗可调之外，接线和普通电抗器没有任何区别，阻抗出厂调好后，其阻抗随电网的谐波按正比例变化。

2、本发明接线方便，接线方式和普通电抗器一样，调节时不需要改变接线。

3、本发明不需要增加任何辅助电源，为无源调节。

4、本发明调节简单方便，可断电或带电调节，调节范围宽。

5、本发明在满负荷或过载1.5倍时工作噪音小。

6、本发明电抗率可微调，所以和电容器匹配的好，调节精度高、滤波效果好。

7、本发明本身工作不产生任何谐波，所以对电网无任何谐波污染。

8、本发明可提前预期容量，为以后增容做准备，节省了不必要的浪费。根据电网变化或滤波器件老化等客观因素引起的偏差可随时调节，确保电容和电抗匹配在最佳状态。

9、本发明解决了一直困扰在电力系统上作为滤波用电抗器不可调的问题。电力系统谐波干扰其参数很复杂，单凭计算很难达到预想效果，解决了滤波电抗器可调问题，可根据某一电力系统工作状况进行现场调试，使系统、滤波电容、和电抗更加匹配，得到一个统调的效果，达到系统滤波效果最佳状态，系统谐波干扰得到改善，大大提高用电电网质量。

10、本发明解决了滤波支路电容、电抗器老化问题，滤波支路长期运行在额定状态，或超负荷状态，随时间老化参数慢慢变化匹配变差，使原有的滤波效果越来越差，这时候可以改变电抗器的参数，对系统再一次进行统调，使其恢复到以前滤波状态。这样可节省元件更换、拆卸修理、及大量的人力物力，解决了不必要的浪费。

附图说明

图1为实施例1单相粗调电抗器结构主视图；

图2为图1的左视图(省略顶部接线盒)；

图3为图1的俯视图(省略顶部接线盒)；

图4为图3的A-A向截面剖视图；

图5为实施例1电抗器的等效电路图；

图6为实施例1电抗器的接线原理图；

图7为实施例2单相细调电抗器结构主视图；

图8为图7的左视图(省略顶部接线盒)；

图9为图7的俯视图(省略顶部接线盒)；

图10为图9的B-B向截面剖视图；

图11为实施例2电抗器的接线原理图；

图12为实施例2电抗器的等效电路图；

图13为实施例3三相粗调电抗器结构主视图；

图14为图13的左视图(省略顶部接线盒)；

图15为图13的俯视图(省略顶部接线盒)；

图16为图15的C-C向截面剖视图；

图17为实施例4三相细调电抗器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1：

一种新型磁控粗调单相电抗器，包括三组铁芯3(一组为电抗器铁芯，两组为变压器铁芯)、两个变压器绕组8、一个电抗器绕组6及骨架，所述的骨架由两个横隔板5及12个竖隔板4构成，横隔板为矩形框结构，竖隔板为矩形板结构。

三组铁芯纵向对齐平行间隔排布，在相邻的两组铁芯之间两侧填充安装绝缘条板7，所述三组铁芯均为EI型，截面尺寸相同或不同,在三组铁芯的舌部上下间隔套装两横隔板，在两横隔板之间每一组铁芯舌部的四侧均卡装四个竖隔板，三组铁芯共卡装12个竖隔板，分别围绕前、后铁芯及其四侧的竖隔板各缠绕一个变压器绕组，中间的铁芯不缠绕组，共同围绕三组铁芯在两个变压器绕组的外侧缠绕一个电抗器绕组，结构如图1～4所示。

在绕制过程中，先绕里面前、后两侧铁芯变压器绕组，后绕外面电抗器绕组，电抗器绕组同时也是变压器的原绕组。

在三组铁芯的顶部安装一接线盒1，外加接线端子分为四档控制阻抗调节，或在接线盒上加调节开关2直接调节，每个开关连接一个变压器绕组的两出线端。

本实施例电抗器是利用变压器的工作原理，在电抗器中内含两个只有一次线圈的变压器，两个变压器有相同圈数不同截面大小的铁芯，利用变压器线圈短路和开路来改变变压器绕组电流实现电抗器阻抗变化，下面利用带气隙变压器的T型等效电路进行分析：

图5中

Z1＝r1+jx1 为一次侧AX线圈的漏阻抗

Z2ˊ＝r2ˊ+jx2ˊ 为二次侧折合到一次侧的漏阻抗

Zm＝rm+jxm 为变压器励磁阻抗

Zfˊ 为二次侧折合到一次侧的可调负载阻抗

1.短路时：

变压器一次侧电压方程为，U＝I1×Z1-E1

当二次侧短路时E1＝0 U＝I1×Z1 一次侧阻抗Z1＝U/I1为一次侧线圈的漏阻抗，阻值很小，可忽略不计。

2.开路时：

变压器一次侧电压方程为，U＝I1×Z1-E1＝I1×Z1+I1×Zm 一次侧阻抗Z＝U/I1＝Z1+Zm一次侧漏阻抗加上变压器励磁阻抗。

本发明就是利用此原理把单相电抗器三组铁芯分为三组磁路，一组固定电抗器磁路，两组变压器磁路，三组磁路按一定比例配置，然后把三组磁路串接起来，控制磁路也控制了阻抗大小。其接线原理如图6所示，图中

Z 为电抗器总阻抗 11 K2 K3合 Z＝Z1

Z1 电抗器固定部分阻抗 01 K2开K3合 Z＝Z1+Z2

Z2 变压器1可调阻抗 10 K2合K3开 Z＝Z1+Z3

Z3 变压器2可调阻抗 00 K2 K3开 Z＝Z1+Z2+Z3

K2、K3为开关，1为合0为开

实施例2：

一种新型磁控细调单相电抗器，也包括三组铁芯、一个变压器绕组、一个可变阻抗绕组、一个电抗器绕组及骨架，与实施例1不同的是变压器绕组及电抗器绕组的缠绕方式。围绕中间铁芯及其四侧的竖隔板缠绕一个变压器绕组，围绕后方铁芯及其四侧的竖隔板缠绕一个可变阻抗绕组，前方的铁芯不缠绕组，共同围绕中间铁芯及前方铁芯在中间铁芯变压器绕组的外侧缠绕一个电抗器绕组，结构如图7～9所示。

在绕制过程中，先绕中间铁芯变压器绕组，后绕电抗器绕组，后方铁芯可变阻抗绕组单独绕，三组是完全隔离的。

在三组铁芯的顶部安装一接线盒，接线盒上安装有调节旋钮9。与实施例1不同的是(不是利用变压器线圈短路和开路来改变变压器绕组电流实现电抗器阻抗变化)，而是利用变压器改变副绕组的感性负载，来改变变压器副绕组电流实现电抗器阻抗变化，这样可使电抗器调的很细，和电容参数匹配的更好。实施例2线路原理如图11所示，图中：

Ur——输入电压，I1——一次侧电流，UL1——固定电抗器压降，UL2——变压器压降，

U2——输出电压，I2——二次侧电流，Zf——可调负载阻抗，r——电阻

当可调负载Zf拨到1档位置，U2相当短路，励磁阻抗短接，I1＝I2ˊ(I2ˊ＝KI2)K为变压器变比，所以反应到变压器一次侧只有漏阻抗Z1，漏阻抗很小，可以忽略不计。那么电抗器总阻抗只有固定阻抗Z总＝Z Z＝UL1/I1。

当可调负载Zf拨到2档位置，变压器一次侧电流I1＝I0+I2ˊ，反应到变压器一次侧总阻抗Z总＝Z+Z1+Zm//Zfˊ+Z2ˊ,忽略漏阻抗Z1和Z2ˊ，总阻抗Z总＝Z+Zm//Zfˊ。Zm和Zfˊ是变量，随着档位增加Zm↑Zfˊ↑总阻抗也不断的增加，达到阻抗调节作用。

把原理图转换成带气隙变压器的T型等效电路，如图12所示，其中：

Z＝r+jx 固定阻抗

Z1＝r1+jx1 为变压器一次侧线圈的漏阻抗

Z2ˊ＝r2ˊ+jx2ˊ 为变压器二次侧折合到一次侧的漏阻抗

Zm＝rm+jxm 为变压器励磁阻抗

Zfˊ 为可调负载阻抗

本发明与普通电抗器不同，不靠气隙调整阻抗，为了防止磁铁过早饱和，减少铁芯气隙噪音，同时为了阻抗值工作中稳定，分别利用环氧树脂将三组铁芯的气隙粘接在一起。

实施例3

一种新型磁控粗调三相电抗器，包括三组EI型铁芯、六个变压器绕组、三个电抗器绕组及三组骨架，三组铁芯纵向对齐平行间隔排布，分别在三组铁芯纵向相对的舌部及两侧边各套装一组骨架，每组骨架均由两个横隔板及12个竖隔板构成，横隔板为矩形框结构，竖隔板为矩形板结构，所述每组骨架的套装方式、变压器绕组及电抗器绕组的缠绕方式与实施例1原理相同。如图13～16所示。

实施例4

一种新型磁控细调三相电抗器，包括三组EI型铁芯、三个变压器绕组、三个可变阻抗绕组、三个电抗器绕组及三组骨架，三组铁芯纵向对齐平行间隔排布，分别在三组铁芯纵向相对的舌部及两侧边各套装一组骨架，每组骨架均由两个横隔板及12个竖隔板构成，横隔板为矩形框结构，竖隔板为矩形板结构，所述每组骨架的套装方式、变压器绕组、可变阻抗绕组及电抗器绕组的缠绕方式与实施例2原理相同。如图17所示。

实施例1及实施例3通过利用变压器绕组的开路短路变化，来调节电抗器阻抗，原理简单容易制作，阻抗调节宽，如电抗率可分档4％、5％、6％、7％。要想实现电抗器和变压器一起混绕，没有骨架的特殊结构是不能实现的。实施例2及实施例4除了利用多磁路外，变压器绕组通过一个可调感性负载变化，来调节电抗器阻抗，好处是阻抗调节细，可在需要的电抗率±10％范围调节，调节粗细可根据要求定制。

本发明电抗器接线和普通电抗器接线一样，单相的两根线，三相的六根线没有任何区别。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种磁控可调电抗器，将电抗器和变压器按一定比例合在一起绕制，电抗器绕组作为电抗器固定阻抗同时又为变压器的一次绕组，通过改变变压器二次侧阻抗来增加电抗器绕组阻抗达到电抗器阻抗调节作用，其特征在于：包括三组铁芯、变压器绕组、电抗器绕组及骨架，所述的骨架由横隔板及竖隔板构成，横隔板为矩形框结构，竖隔板为矩形板结构，三组铁芯纵向对齐平行间隔排布，在三组铁芯的相对位置上、下间隔套装两横隔板，在两横隔板之间每一铁芯的四侧均卡装四个竖隔板，分别围绕前、后铁芯及其四侧的竖隔板各缠绕一个变压器绕组，中间的铁芯不缠绕组，共同围绕三组铁芯在两个变压器绕组的外侧缠绕一个电抗器绕组，在三组铁芯的顶部安装一接线盒，在接线盒上安装调节开关,调节开关连接变压器绕组的出线端，三组铁芯分为三组磁路，一组固定电抗器磁路，两组变压器磁路，三组磁路按一定比例配置，然后把三组磁路串接起来，控制磁路也控制了阻抗大小，利用环氧树脂将三组铁芯的气隙粘接在一起。

2.一种磁控可调电抗器，将电抗器和变压器按一定比例合在一起绕制，电抗器绕组作为电抗器固定阻抗同时又为变压器的一次绕组，通过改变变压器二次侧阻抗来增加电抗器绕组阻抗达到电抗器阻抗调节作用，其特征在于：包括三组铁芯、变压器绕组、可变阻抗绕组、电抗器绕组及骨架，所述的骨架由横隔板及竖隔板构成，横隔板为矩形框结构，竖隔板为矩形板结构，三组铁芯纵向对齐平行间隔排布，在三组铁芯的相对位置上、下间隔套装两横隔板，在两横隔板之间每一组铁芯的四侧均卡装四个竖隔板，围绕中间铁芯及其四侧的竖隔板缠绕变压器绕组，围绕后方铁芯及其四侧的竖隔板缠绕可变阻抗绕组，前方的铁芯不缠绕组，共同围绕中间铁芯及前方铁芯在中间铁芯变压器绕组的外侧缠绕电抗器绕组，在三组铁芯的顶部安装一接线盒，在接线盒上安装调节旋钮，调节旋钮与可变阻抗绕组的抽头连接，变压器绕组与可变阻抗绕组电连接，通过调节可变阻抗电阻，从而改变二次侧电流，达到阻抗调节的目的，利用环氧树脂将三组铁芯的气隙粘接在一起。