CN105720889B - 一种lc谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置，包括三相电感器L1和三相电容器C1，所述三相电感器L1为铁芯电抗器，所述三相电感器L1每相均设有辅助绕组，所述辅助绕组与所述三相电容器C1电连接，所述三相电容器C1的容抗通过辅助绕组变比折合到一次侧的数值与所述三相电感器L1的感抗相等。与现有技术相比，本发明克服了现有技术的不足，无论电机是直接工频驱动还是变频驱动，本发明都能最大限度地减少高次谐波带来的功率损耗以及其他附属问题，获得非常巨大的节能减排效益。

Description

一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置

技术领域

本发明涉及一种电机节能设备，尤其是涉及一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置。

背景技术

配电网中存在大量晶闸管换流器、晶闸管调压器、节能灯具、计算机、充电器、电视机、变频空调、变频电梯等非线性负荷，这些年来随着经济和技术的发展，电网中非线性负荷的比例急剧增加，由于电力电子技术的发展，很多原来的线性负荷变成了非线性，例如线性的白炽灯具改由非线性的电子镇流节能灯具代替；线性的异步电机改由非线性的变频器驱动；在电网结构上，很多线性的旋转电机发电设备由非线性的直流换流站代替，又进一步增加了配网的谐波含量，由于低压配网谐波特性复杂、负荷数量巨大又缺乏滤波措施，注入电网大量谐波电流，使低压配网谐波含量剧增；另一方面，很多采用变频器驱动的异步电机，由于变频器的PWM斩波输出特性，使输出电压中含有大量谐波分量，这就使得大量异步电机，无论是否采用变频调速技术，都在含有大量高次谐波的电源环境中运行，导致了大量的问题。

谐波对异步电机的影响存在于多个方面，由电机学原理可知，谐波分量在异步电机的转子中，由于等效转差率极大，加上异步电机定子漏抗很小，很小的谐波电压就可能产生很大的谐波附加电流，从而导致电机温升大幅提高、效率急剧降低，此外，由于高次谐波产生的转矩脉动，还会导致电机噪音增大、振动加剧、轴承寿命缩短等一系列问题。据计算，当电网中谐波电压占比达到5％时，异步电机的效率就会降低3-6％，同时温升升高3—5K，对于一台100KW的三相异步电机，以额定效率93％计算，谐波就会令电机功率损耗增加3—6KW，每年电能浪费造成的经济损失在万元以上，我国年发电量的60％由异步电机类设备消耗，在现有低压配电网谐波含量普遍较高、变频调速技术又普及的环境下，据估计平均每台异步电机因谐波至少增加1.5％的功率损耗，如果能解决这一问题，则每年发电量可减少1％，年减少二氧化碳排放0.9亿吨，可见降低谐波对异步电机的影响，节能意义十分重大。对此问题，针对异步电机的滤波电抗器产品应运而生，通过在异步电机电源输入端串联电抗元件，达到抑制高次谐波、节省电能的效果，然而此类产品由于未充分考虑现有电网以及变频器的谐波特点，仅采用普通的硅钢片铁芯，对于频率较高的谐波分量滤波效果很差，对于频率较低的谐波则因为本身电抗率较小(电抗率大会增加压降、降低电机效率)，滤波效果也不够好，因此，必须设计一种新型的异步电机滤波节能设备，无论高频还是低频谐波均能较好的滤除，同时压降较小，才能从根本上解决现有高谐波环境对异步电机效率的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置，无论电机是直接工频驱动还是变频驱动，本发明都能最大限度地减少高次谐波带来的功率损耗以及其他附属问题，获得非常巨大的节能减排效益。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置，包括三相电感器L1和三相电容器C1，所述三相电感器L1为铁芯电抗器，所述三相电感器L1每相均设有辅助绕组，所述辅助绕组与所述三相电容器C1电连接，所述三相电容器C1的容抗通过辅助绕组变比折合到一次侧的数值与所述三相电感器L1的感抗相等。

所述铁芯电抗器的铁芯材料为电工硅钢片与高频铁氧体复合组成。

所述电工硅钢片与高频铁氧体等效截面积相等，在磁路上串联。

所述高频铁氧体材料的磁导率在10—60KHz范围内不低于1000。

所述三相电感器L1为三相四端子电容器。

所述三相电感器L1的高频铁氧体设于绕组线包内部，与电工硅钢片磁芯材料之间设有气隙。

与现有技术相比，本发明独辟蹊径，通过特殊的复合铁芯结构，在一个电感元件中采用了两种不同频率特性的磁芯材料，使电感元件的频率特性大幅展宽，变频器即产生高次谐波又产生低次谐波，常规配网则低次谐波较多，这样本发明无论对于高次还是低次谐波均能有效地滤除，另外本发明通过增设辅助绕组，在辅助绕组上并联电容器，利用电容器抵消电感器的压降，从而使电感元件即使电感率较大也不会产生很大压降，保证了异步电机的运行效率。本发明克服了现有技术的不足，无论电机是直接工频驱动还是变频驱动，本发明都能最大限度地减少高次谐波带来的功率损耗以及其他附属问题，获得非常巨大的节能减排效益，本发明技术必定会随着成功应用而带来显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明电路结构示意图；

图2为本发明三相电感器L1的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明包括三相电感器L1、三相电容器C1，三相电感器L1为铁芯电抗器，其铁芯材料为电工硅钢片与高频铁氧体复合组成，电工硅钢片与高频铁氧体等效截面积相等，在磁路上串联，电工硅钢片的频率上限一般范围在5KHz以下，对于配网中的低次谐波已经足够，然而对于变频器输出的十几赫兹以上的高次谐波，则由于导磁率的大幅降低、滤波效果很差，而铁氧体材料对于几千赫兹以上的高频导磁率较高，对于低频则很容易饱和而失去滤波作用。本发明在一个电感元件中采用了两种不同频率特性的磁芯材料，使电感元件的频率特性大幅展宽，这样本发明无论对于高次还是低次谐波均能有效地滤除，高频铁氧体材料的磁导率则应该在10—60KHz范围内不低于1000，这样滤波效果才能有保证，由于铁氧体材料易碎，三相电感器L1的高频铁氧体可以设于绕组线包内部，为了降低两种不同磁性材料结合处的漏抗，以及该漏抗所产生的铁损加剧，电工硅钢片磁芯材料之间设有气隙。为了抵消较大的电抗率导致的压降问题，三相电感器L1的每相均设有辅助绕组，辅助绕组与三相电容器C1电连接，三相电容器C1的容抗通过辅助绕组变比折合到一次侧的数值与三相电感器L1的感抗相等，这样就能抵消电感元件产生的工频压降，防止滤波电感元件增加电机损耗。此外，所述三相电感器L1可以为三相四端子电容器，以进一步减少滤波装置的整体体积。

本发明的有益效果在于：本发明独辟蹊径，通过特殊的复合铁芯结构，在一个电感元件中采用了两种不同频率特性的磁芯材料，使电感元件的频率特性大幅展宽，变频器即产生高次谐波又产生低次谐波，常规配网则低次谐波较多，这样本发明无论对于高次还是低次谐波均能有效地滤除，另外本发明通过增设辅助绕组，在辅助绕组上并联电容器，利用电容器抵消电感器的压降，从而使电感元件即使电感率较大也不会产生很大压降，保证了异步电机的运行效率。，本发明克服了现有技术的不足，无论电机是直接工频驱动还是变频驱动，本发明都能最大限度地减少高次谐波带来的功率损耗以及其他附属问题，获得非常巨大的节能减排效益。

应该注意到，上述的实施例均是为了说明本发明而不是限制本发明，例如本发明的三相电感器也可采用其他结构、也可增加适当的外部电路或控制部件来进一步优化其性能等等，显然，本发明的许多技术特征可互换或省略，许多元件的设置可根据需要改变，本发明元件前的“一”或“一个”不排除出现多个这种元件，这些变化均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置，其特征在于，包括三相电感器L1和三相电容器C1，所述三相电感器L1为铁芯电抗器，所述三相电感器L1每相均设有辅助绕组，所述辅助绕组与所述三相电容器C1电连接，所述三相电容器C1的容抗通过辅助绕组变比折合到一次侧的数值与所述三相电感器L1的感抗相等；

所述铁芯电抗器的铁芯材料为电工硅钢片与高频铁氧体复合组成；

所述电工硅钢片与高频铁氧体等效截面积相等，在磁路上串联。

2.根据权利要求1所述的一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置，其特征在于，所述高频铁氧体材料的磁导率在10-60KHz范围内不低于1000。

3.根据权利要求1所述的一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置，其特征在于，所述三相电感器L1为三相四端子电感器。

4.根据权利要求1所述的一种LC谐振式复合磁芯异步电机滤波节能装置，其特征在于，所述三相电感器L1的高频铁氧体设于绕组线包内部，与电工硅钢片磁芯材料之间设有气隙。