CN106531403A - 一种干式铁芯电抗器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干式铁芯电抗器，包括骨架、线圈、芯柱、下铁轭、拉板、上铁轭和穿心拉螺杆；上铁轭的下方设有水平排列的三个骨架，三个骨架的下方设有下铁轭；每个骨架的内部均设有芯柱，每个骨架的外侧绕制有线圈，线圈的相邻层之间设有间隙，线圈的横截面呈椭圆形；上铁轭的两端均设有拉板，上铁轭的两侧均设有穿心拉螺杆；本发明干式铁芯电抗器中每个骨架的外侧绕制有线圈，线圈的横截面呈椭圆形，满足电抗器线圈散热，有效提高导线电流密度，减少铜线的使用量；本发明干式铁芯电抗器通过拉板和穿心拉螺杆实现上下铁轭的夹持功能，最大程度增加铁轭的散热效果；本发明干式铁芯电抗器中芯柱采用模块化堆叠原理，可以适用不同容量的同类产品。

Description

一种干式铁芯电抗器
技术领域
本发明涉及电抗器技术领域，特别是一种干式铁芯电抗器。
背景技术
电抗器，又称电感，在电路中作为一种基本无源器件，在现代各种电路系统中应用越来越广泛。在低压领域内，随着变频器的应用推广，铁芯电抗器在工业自动化领域大量为变频器配套所用，分为进线电抗器、出线电抗器、平波电抗器等。另外，在电力系统中通过与电容器串、并联，使用于功率因数改善电路中，或谐波抑制受电端电压上升的解谐电抗器。
在这些大量应用中，其中低压干式铁芯电抗器占主要的部分，而在低压干式铁芯电抗器的设计和制造中，电抗器通常会与其他电子器件一起安装在电柜里，这就要求电抗器的温升要足够低，从而不会影响其本身寿命和对其他器件因辐射导致的高温环境。电抗器温升是关键的性能参数指标。为了满足低温升的目标，生产厂商通常采取增加导线截面、磁性材料、添加散热冷却板，或增加散热风道等基本思路来解决损耗发热带来的高温升问题。
然而，通过简单增加铜、铁磁材料的使用量来降温显然会增加成本，既不经济，也达不到节能的目的。另外，传统的通过在绕线层间放置撑条来增加风道的做法必然会增加线包幅向尺寸，而线包在沿电抗器窗口方向幅向尺寸的增加也就导致铁芯需要增加窗口尺寸，必然导致要加强铁轭长度，结果导致磁性材料的用量提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、生产成本低、散热性好、低温升、线圈分布电容小的干式铁芯电抗器。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种干式铁芯电抗器，其特征在于，包括骨架、线圈、芯柱、下铁轭、拉板、上铁轭和穿心拉螺杆；所述上铁轭的下方设置有水平排列的三个骨架，三个骨架的下方设置有下铁轭；所述每个骨架的内部均设置有芯柱，每个骨架的外侧绕制有线圈，线圈的相邻层之间设置有间隙，线圈的横截面呈椭圆形；所述上铁轭的两端均设置有拉板，拉板的一端与上铁轭相连接，拉板的另一端与下铁轭相连接；所述上铁轭的两侧均设置有穿心拉螺杆，穿心拉螺杆的一端与上铁轭相连接，穿心拉螺杆的另一端与下铁轭相连接。
优选地，所述芯柱均由若干个芯块堆叠而成，每个芯块的大小相等。
优选地，所述下铁轭上设置有气隙板，气隙板位于下铁轭与芯柱之间。
优选地，所述骨架的侧面上均设置有温度传感器，温度传感器通过温度传感器支架固定在骨架的侧面上。
优选地，所述上铁轭的一侧设置有接线端子，接线端子通过支架固定在上铁轭上。
优选地，所述下铁轭的两侧均设置有支撑脚。
优选地，所述穿心拉螺杆上套有螺杆绝缘套。
优选地，所述线圈采用铜线或铝线制成。
优选地，所述拉板采用铝板制成。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明干式铁芯电抗器中每个骨架的外侧绕制有线圈，线圈的横截面呈椭圆形，颠覆传统的圆形或者矩形线圈外形，也不同于通过放置撑条来实现风道,满足电抗器线圈散热，有效提高导线电流密度，减少铜线的使用量；且线圈在绕制时，处理方便，不需要特别复杂的工装或者绕制工艺，保证了经济性的实用原则。
(2)本发明干式铁芯电抗器通过拉板和穿心拉螺杆实现上下铁轭的夹持功能，最大程度增加铁轭的散热效果；且拉板采用铝板制成，利用了铝板对磁的屏蔽原理,减少因漏感造成的损耗。
(3)本发明干式铁芯电抗器中芯柱采用模块化堆叠原理，可以适用不同容量的同类产品，以实现生产的高效化原则，获得更经济的产品。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明干式铁芯电抗器的俯视图。
图2为本发明干式铁芯电抗器的正视图。
图3为本发明干式铁芯电抗器的爆炸图。
图4为本发明干式铁芯电抗器中骨架与线圈的结构示意图。
图5为本发明干式铁芯电抗器中骨架与温度传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明干式铁芯电抗器作进一步详细描述。
实施例1：
如图1、图2和图3所示，一种干式铁芯电抗器，包括骨架1、温度传感器2、温度传感器支架3、线圈4、芯柱、下铁轭6、气隙板7、拉板8、接线端子9、支架10、支撑脚11、上铁轭12和穿心拉螺杆13；所述上铁轭12的下方设置有水平排列的三个骨架1，三个骨架1的下方设置有下铁轭6；所述每个骨架1的内部均设置有芯柱，芯柱均由3个磁粉芯块5堆叠而成，每个芯块5的大小相等；如图4所示，每个骨架1的外侧绕制有线圈4，线圈4的相邻层之间设置有间隙，线圈4的横截面呈椭圆形；如图5所示，所述骨架1的侧面上均设置有温度传感器2，温度传感器2通过温度传感器支架3固定在骨架1的侧面上；所述上铁轭12的两端均设置有拉板8，拉板8的一端通过螺栓与上铁轭12相固定连接，拉板8的另一端通过螺栓与下铁轭6相固定连接；所述上铁轭12的两侧均设置有三根穿心拉螺杆13，每个穿心拉螺杆13的一端与上铁轭12相连接，穿心拉螺杆13的另一端与下铁轭6相连接，每个穿心拉螺杆13上套有螺杆绝缘套；所述上铁轭12的一侧设置有接线端子9，接线端子9通过支架10固定在上铁轭12上；所述下铁轭6上设置有气隙板7，气隙板7位于下铁轭6与芯柱之间；所述下铁轭6的两侧均设置有支撑脚11；其中，所述线圈4采用铜线或铝线制成，所述拉板8采用铝板制成。
本发明干式铁芯电抗器核心部件线圈结构的改进是基于干式电抗器导线散热计算模型来进行的，线圈在卷绕第二层时没用采用常规的圆形或者矩形的结构，而是通过在电抗器宽度方向绕制一个椭圆形线圈出来，而在线圈的宽度方向上第二层线圈和普通绕制方法一样，紧挨第一层线圈进行绕制；其目的是保证线圈在电抗器长度方向的幅向尺寸没有变化，也就是不会增大电抗器的窗口尺寸，自然也就不会因为线圈结构变化导致增加电抗器的铁磁性材料。在沿电抗器的宽度方向的第二层线圈椭圆形状，其与第一层线圈之间形成一个充裕的散热空间，每匝线的散热效率提高可以推导计算,实际应用又是灵活的,按需求调整设计线圈的高度和宽度尺寸。
本发明对线圈的温升计算基于按干式铁芯电抗器温升计算理论模型，如下：
式中,q0,q1,q2——铁芯及内外绕组的单位热负荷，W/m2
P0、P1、P2——铁芯及内、外绕组的损耗，W；
S1、S2——铁芯及外绕组露在外面的三热面，m2
ΣS0′、ΣS1′、ΣS2′——铁芯及内、外绕组被遮蔽的三热面，m2
kα0、kα1、kα2——铁芯及内、外绕组被遮散热面的散热系数。
在具体应用本发明提供的线圈结构设计时，对线圈的内绕组散热面S1需要进行修正，因为内绕组和外绕组之间存在一个椭圆散热空间，也就是这里的散热面S1已经不再像传统的内绕组那样只有热传导,在没有加风道情况下，散热面被外绕组完全覆盖；由于椭圆线圈的构造，两次线圈之间有椭圆形散热空间的存在，第二层线圈远离第一层线圈，这里第二层线圈的散热面计算需要增加热辐射面项；特别地，其不同于放置撑条形成风道的理论计算，因为这里没有因为撑条导致的散热面遮挡；同时，kα0、kα1、kα2表示的散热系数也需要修正，电抗器前后两个面没有其他物体阻挡，对空气流通顺畅，起着主要的散热功效，即使是安装在电控柜里，通常也是保证前后两个面有足够散热空间，散热系数增加25％以上。
在按照功耗温升要求计算完成对产品的温升设计计算以后，需要解决的是本发明提供的椭圆线圈在具体生产制造时，如何能简单快速实现，保证产品的最终整体成本的经济性；骨架1是常规的电抗器骨架，不需要作任何修改或特殊设计，直接安装在电抗器卷绕机上进行绕制，第一层线圈与常规电抗器一样绕制，当完成第一层线圈后，需放置按设计要求的工装模具，以保证第二层椭圆线圈的顺利产生；工装的设计需要考虑快拆卸功能，这样，在完成第二层线圈后，可以迅速拆下工装，不会明显影响生产效率，通过研发试制验证，可以很好解决该问题；在没有放置撑条的情况下，第二层线圈处于悬空状态，为解决在宽度方向上有向外凸起的椭圆形结构线圈的稳定性，该处线圈使用电工绝缘带进行缠绕固定，再通过浸渍工艺后，进行烘干固化。
如图5所示，本发明干式铁芯电抗器中温度传感器用来监测电抗器温升最热点的温度，其放置是在进行绕制椭圆线圈之前进行，不需要在绕制线圈时操作，通过温度传感器监测电抗器运行时温度状态并实现温升超限制关断电路。
本发明干式铁芯电抗器在上铁轭和下铁轭之间设置有与芯柱等宽的拉板，起到机械紧固的作用，从而取消了上夹板的传统做法，由于上夹件的取消，使上铁轭的前后散热面积增加50％；拉板采用铝板制成，使用铝板目的作用是利用了铝板对磁的屏蔽原理,减少因漏感造成的损耗，从降低生产成本和实际需要出发,也没用采用常规的的不锈钢板的处理方式，提高了产品的市场竞争力。
本发明干式铁芯电抗器采用了9块大小相等的磁粉块，通过大小相等磁粉块结构，提高了生产效率，减少了漏磁通，降低了损耗；相对于现有技术提出的分布气隙铁芯柱结构，这里改进了铁芯柱的结构模式，而不是仅仅注重使用分布气隙结构。简言之，这里芯柱结构在使用分布气隙同时,应用模块化原理，对不同大小容量的同类电抗器产品使用同样大小模块进行堆叠，通过增加或减小数量来获得所需要的不同容量。
综上所述，本发明干式铁芯电抗器中每个骨架的外侧绕制有线圈，线圈的横截面呈椭圆形，颠覆传统的圆形或者矩形线圈外形，也不同于通过放置撑条来实现风道,满足电抗器线圈散热，有效提高导线电流密度，减少铜线的使用量；且线圈在绕制时，处理方便，不需要特别复杂的工装或者绕制工艺，保证了经济性的实用原则；本发明干式铁芯电抗器通过拉板和穿心拉螺杆实现上下铁轭的夹持功能，最大程度增加铁轭的散热效果；且拉板采用铝板制成，利用了铝板对磁的屏蔽原理,减少因漏感造成的损耗；本发明干式铁芯电抗器中芯柱采用模块化堆叠原理，可以适用不同容量的同类产品，以实现生产的高效化原则，获得更经济的产品。

Claims (9)

1.一种干式铁芯电抗器，其特征在于，包括骨架(1)、线圈(4)、芯柱、下铁轭(6)、拉板(8)、上铁轭(12)和穿心拉螺杆(13)；所述上铁轭(12)的下方设置有水平排列的三个骨架(1)，三个骨架(1)的下方设置有下铁轭(6)；所述每个骨架(1)的内部均设置有芯柱，每个骨架(1)的外侧绕制有线圈(4)，线圈(4)的相邻层之间设置有间隙，线圈(4)的横截面呈椭圆形；所述上铁轭(12)的两端均设置有拉板(8)，拉板(8)的一端与上铁轭(12)相连接，拉板(8)的另一端与下铁轭(6)相连接；所述上铁轭(12)的两侧均设置有穿心拉螺杆(13)，穿心拉螺杆(13)的一端与上铁轭(12)相连接，穿心拉螺杆(13)的另一端与下铁轭(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的干式铁芯电抗器，其特征在于，所述芯柱均由若干个芯块(5)堆叠而成，每个芯块(5)的大小相等。
3.根据权利要求1所述的干式铁芯电抗器，其特征在于，所述下铁轭(6)上设置有气隙板(7)，气隙板(7)位于下铁轭(6)与芯柱之间。
4.根据权利要求1所述的干式铁芯电抗器，其特征在于，所述骨架(1)的侧面上均设置有温度传感器(2)，温度传感器(2)通过温度传感器支架(3)固定在骨架(1)的侧面上。
5.根据权利要求1所述的干式铁芯电抗器，其特征在于，所述上铁轭(12)的一侧设置有接线端子(9)，接线端子(9)通过支架(10)固定在上铁轭(12)上。
6.根据权利要求1所述的干式铁芯电抗器，其特征在于，所述下铁轭(6)的两侧均设置有支撑脚(11)。
7.根据权利要求1所述的干式铁芯电抗器，其特征在于，所述穿心拉螺杆(13)上套有螺杆绝缘套。
8.根据权利要求1所述的干式铁芯电抗器，其特征在于，所述线圈(4)采用铜线或铝线制成。
9.根据权利要求1所述的干式铁芯电抗器，其特征在于，所述拉板(8)采用铝板制成。
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