CN110176347A - 一种磁控电抗器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种磁控电抗器，包括一对铁芯，铁芯的相对侧分别开设气隙结构；气隙结构包括弧形段。气隙结构的气隙宽度y与气隙结构处铁芯中心沿着铁芯宽度方向的距离x的关系模型为：本发明使得磁控电抗器的电抗值变化更加平滑，扩大了目标磁化曲线的非线性区域，从而增加输出电抗的输出精度；且系统稳定运行时所需要的直流控制电流比全气隙型铁芯要小很多，减少了能耗；同时交流线圈的感应电压总谐波失真较低。
Description
技术领域
本发明属于电抗器技术领域，尤其涉及一种磁控电抗器。
背景技术
磁控电抗器是一种电抗值可以连续调节的电抗器，磁控电抗器与容性电路结合，可实现对输出电抗的调节，其具体工作原理为：通过连续调节闭环铁芯上直流线圈的直流电流大小，连续调节闭环铁芯的饱和程度，实现连续调节闭环贴心上交流线圈电抗值的大小。
然而，现有技术中的磁控电抗器存在以下缺陷：全气隙型铁芯磁控电抗器的电抗变化不够平滑，电抗可调节范围较小，且具有二值性(线性区值和饱和区值)。当直流电流工作在二值转换区间时，输出的交流电压谐波含量较高。电力系统稳定运行时，其维持低阻抗需要较大的直流电流，能耗较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁控电抗器，以实现磁控电抗器输出电抗的平滑调节，扩大目标磁化曲线的非线性区域，从而增加输出电抗的输出精度与可调节范围，并且降低电力系统稳定运行时其维持低阻抗所需的直流电流。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种磁控电抗器，包括一对铁芯，所述铁芯的相对侧分别开设气隙结构；所述气隙结构包括弧形段。
优选地，所述气隙结构的中心与所述相对侧的铁芯的中心重合。
优选地，所述气隙结构的气隙宽度y与气隙结构处铁芯中心沿着铁芯宽度方向的距离x的关系模型为：
优选地，所述气隙结构处铁芯中心沿着铁芯宽度方向的距离x不大于相对侧的铁芯的宽度的一半。
优选地，进一步包括至少一组交流线圈和一直流线圈；所述交流线圈绕制在所述铁芯的相邻侧；所述直流线圈绕制在所述交流线圈的外侧。
优选地，所述交流线圈的绕制方向一致、匝数相同；所述交流线圈的同一端相连，另一端串接到电网中。
优选地，所述交流线圈由非超导材料制成；所述直流线圈由超导材料或铜导体材料制成。
优选地，所述交流线圈的组数为3。
优选地，所述气隙结构还包括直线段；所述弧形段和直线段相对设置。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
磁控电抗器通过特殊的气隙结构，使铁芯分段饱和，尽可能使得直流电流与铁芯饱和程度具有良好的线性度，从而达到磁控电抗器输出电抗的平滑调节，扩大目标磁化曲线的非线性区域，增加输出电抗的输出精度与可调节范围的目的；进一步地，系统稳定运行时所需要的直流控制电流比全气隙型铁芯要小很多，减少了能耗；同时交流线圈的感应电压总谐波失真较低。
附图说明
图1为本发明一实施例的磁控电抗器的工作原理示意图；
图2为图1中气隙结构的放大图；
图3为本发明又一实施例的磁控电抗器结构俯视示意图；
图4为图1中铁芯的磁化曲线；
图5为磁控电抗器调节直流控制电流下的感抗变化曲线；
图6为磁控电抗器调节直流控制电流下交流感应电压的总谐波失真(THD)。
其中，1-第一气隙结构，2-第二气隙结构，3-第一交流线圈，4-第二交流线圈，5-直流线圈，6-第一铁芯，7-第二铁芯，8-第一相对侧，9-第二相对侧。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的磁控电抗器进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
如图1～2所示，一种磁控电抗器，包括一对铁芯、至少一组交流线圈和一直流线圈5；铁芯为矩形，铁芯包括依次连接的四段；四段的宽度相等；其中一个铁芯的一段和另一个铁芯的一段组成相邻侧；即第一相邻侧8和第二相邻侧9；远离上述相邻侧(第一相邻侧8、第二相邻侧9)的两个铁芯的一段为相对侧；铁芯的相对侧分别开设气隙结构；气隙结构包括弧形段和直线段；弧形段和直线段相对设置。这种特殊的气隙结构可以达到输出电抗的平滑调节目的，且具有较小的总谐波失真；“双口形”铁芯镜像对称放置；交流线圈绕制在铁芯的相邻侧；交流线圈的绕制方向一致、匝数相同；交流线圈的同一端相连，另一端串接到电网中；直流线圈5绕制在交流线圈的外侧。具体的，两个铁芯包括第一铁芯6和第二铁芯7，第一铁芯6上开设第一气隙结构1；第一交流线圈3绕制在第一铁芯6上；第二铁芯7上开设第二气隙结构2；第二交流线圈4绕制在第二铁芯7上。
在本实施例中，气隙结构的中心与相对侧的铁芯的中心重合；即气隙结构处的铁柱芯包括弧形段和直线段的，弧形段和直线段的中心重合。
在本实施例中，气隙结构处的铁芯宽度x不大于相对侧的铁芯的宽度的一半，即当x＝x*时，y＝y*；气隙结构的气隙宽度y与气隙结构处的铁芯宽度x的关系模型为：
其中，横轴为气隙结构处的铁芯中心沿铁芯宽度方向的x，纵轴y为气隙宽度，x*为相对侧铁芯的宽度的一半，y*为气隙宽度最大值，x在(0,x*)区间内，x负半轴气隙曲线与之关于y轴对称。
在本实施例中，交流线圈由非超导材料制成；直流线圈5由超导材料或铜导体材料制成。
在本实施例以外的其他实施例中，可以把单相磁控电抗器推广到三相磁控电抗器，即交流线圈的组数设置为3，如图3所示。由6个“口字形”铁芯组成，其中铁芯交流线圈绕制可分为三组：D，E为A相线圈，F，G位B相线圈，H，I为C相线圈，其单独一组绕制方式与单相磁控电抗器相同；直流线圈5绕制在在六个交流线圈外侧。
在本实施例中，磁控电抗器铁芯的材料为日本JFE钢铁株式会社35JN300型号硅钢，其磁化曲线如图4。交流电流设置为3A，50HZ。当系统正常运行时，通过调节直流电流达到调节输出电抗的效果，要求其电抗调节范围宽且具有较小的总谐波失真(THD≤5％)。
图5为本发明的磁控电抗器调节直流控制电流下的感抗变化曲线，其相较于全气隙型磁控电抗器而言具有更大的电抗调节范围，直流电流在0.75～4.5A的范围内，电抗具有良好的线性度，从而具备更好的控制精度，且保持电抗最小值所需的直流电流比全气隙型磁控电抗器更小，减小了直流线圈5的能耗；
图6为本发明的磁控电抗器调节直流控制电流下的总谐波失真(THD),直流电流为0A时，由于铁芯磁化曲线处于线性区，所以具有较大的谐波成分，当加入直流电流之后，谐波含量满足电网需求(THD≤5％)。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种磁控电抗器，其特征在于，包括一对铁芯，所述铁芯的相对侧分别开设气隙结构；所述气隙结构包括弧形段。
2.根据权利要求1所述的磁控电抗器，其特征在于，所述气隙结构的中心与所述相对侧的铁芯的中心重合。
3.根据权利要求2所述的磁控电抗器，其特征在于，所述气隙结构的气隙宽度y与气隙结构处铁芯中心沿着铁芯宽度方向的距离x的关系模型为：
4.根据权利要求2所述的磁控电抗器，其特征在于，所述气隙结构处铁芯中心沿着铁芯宽度方向的距离x不大于相对侧的铁芯的宽度的一半。
5.根据权利要求1所述的磁控电抗器，其特征在于，进一步包括至少一组交流线圈和一直流线圈；所述交流线圈绕制在所述铁芯的相邻侧；所述直流线圈绕制在所述交流线圈的外侧。
6.根据权利要求5所述的磁控电抗器，其特征在于，所述交流线圈的绕制方向一致、匝数相同；所述交流线圈的同一端相连，另一端串接到电网中。
7.根据权利要求5所述的磁控电抗器，其特征在于，所述交流线圈由非超导材料制成；所述直流线圈由超导材料或铜导体材料制成。
8.根据权利要求5所述的磁控电抗器，其特征在于，所述交流线圈的组数为3。
9.根据权利要求1所述的磁控电抗器，其特征在于，所述气隙结构还包括直线段；所述弧形段和直线段相对设置。
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