CN110718370A - 一种双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构，其包括结构相同的前五柱铁心和后五柱铁心，两铁心并排放置，所述铁心包括中间三工作柱铁心以及分别位于三柱铁心两侧的旁轭铁心，五柱铁心通过上下轭连接；三个工作柱铁心依次绕有ABC三相绕组，且位于中间工作柱铁心上的B相绕组与两侧的A、C相绕组相反，A、C相绕组直流磁通通过相邻旁轭以及B相工作柱形成闭合回路，ABC三相交流磁通相加为0，铁芯中各处磁通均匀分布。本发明结构简单，能够降低磁致伸缩所产生的噪声，减少损耗，还能避免直流磁通与交流磁通垂直分布时所产生的漏磁。

Description

一种双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构
技术领域
本发明涉及三相可控电抗器铁心及绕组的结构，具体地指一种双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构，属于电力设备中的三相磁控电抗器。
背景技术
无功功率的平衡对提高电力系统电压稳定和经济效益十分重要，磁控电抗器作为一种无功功率补偿设备由于其电抗连续可调且适用于高压电网而得到了广泛的应用。磁控电抗器通过晶闸管控制产生直流偏磁，改变直流偏磁的大小能够控制磁阀的饱和度，进而改变绕组的电感值，实现电抗器容量的连续可调。三相磁控电抗器原理基于单相磁控电抗器，相较于单相磁控电抗器能够通过电路的三角形连接消除3次谐波以及3的倍数次谐波。目前已有的三相磁控电抗器铁心结构有三相组合式磁控电抗器、三相六柱式磁控电抗器、正交铁心三相磁控电抗器三种。
三相组合式磁控电抗器直接将三个单相磁控电抗器经三角形连接形成，结构与原理简单，但成本较高，且当某一条支路发生故障时三相组合式磁控电抗器将失效。三相六柱式磁控电抗器每相主铁心由两个工作柱组成，并排放置于同一水平面上，通过上下轭连接，每一相结构与单相磁控电抗器结构相同，三相共用同一个上下轭。由于ABC三相工作绕组产生的磁通在上下轭上相加为0，所以不再需要像传统单相磁控电抗器一样提供旁轭每相的交流工作绕组产生的交流工作磁通都与通过其它两相的铁心柱形成回路，因此相于三相组合式磁控电抗器能够大大减小设备体积，节省材料，但这种结构六柱并排放置长度较长，而且实际生产过程中容易出现磁路不对称导致二极管、晶闸管烧坏。正交铁心三相磁控电抗器铁心结构为两个三相三柱式铁心前后并列放置，前工作柱与后工作柱通过横轭连接，处于同一横轭两端前后两工作柱形成一相，其绕组结构与单相磁控电抗器结构相同。工作状态下，直流偏磁形成的直流磁通在横轭中流通，交流磁通在上下轭中流通，但由于采用了横轭，工作柱应力更大，磁致伸缩造成的噪声更大，且交直流磁通垂直，漏磁更大，结合两方面原因其损耗更大，同时由于铁心大多采用硅钢片堆叠而成，正交铁心工艺更为复杂，生产难度大。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构，该结构简单，能够降低磁致伸缩所产生的噪声，减少损耗，还能避免直流磁通与交流磁通垂直分布时所产生的漏磁。
实现本专利目的所采用的技术方案是一种双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构，其包括结构相同的前五柱铁心和后五柱铁心，两铁心并排放置，所述铁心包括中间三工作柱铁心以及分别位于三柱铁心两侧的旁轭铁心，五柱铁心通过上下轭连接；三个工作柱铁心依次绕有ABC三相绕组，且位于中间工作柱铁心上的B相绕组与两侧的AC相绕组相反，AC相绕组直流磁通通过相邻旁轭以及B相绕组形成闭合回路，ABC三相交流磁通相加为0形成闭合回路，铁心中磁通均匀分布。
在上述技术方案中，所述上下轭与旁轭面积为工作柱铁心截面积的0.5-1倍。
在上述技术方案中，所述工作柱铁心上设有磁阀，磁阀所在截面段的截面积小于工作柱铁心的截面积。
在上述技术方案中，所述ABC三相绕组中每一相的绕组结构包括四个匝数为N/2的线圈，分别对称地绕在两个半工作柱上，分布于磁阀两侧，每一半铁心柱的上下两绕组各有一抽头比为δ＝Nk/N的抽头，抽头分别通过晶闸管连接，不同铁心上下两个工作绕组交叉连接后并联到电网侧，续流二极管跨接于交叉端点上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用前后两铁心并排设置，无横轭连接，相比于有横轭的结构降低了制作工艺上的复杂度，且能够减少噪声，减小了能耗；相比于六柱式铁芯结构磁路对称，不会出现因磁路不平衡而导致的二极管、晶闸管烧坏，且降低了制作工艺上的复杂度。
2、本发明每组工作柱采用五柱式铁心结构，结构包含三个工作柱，上下轭与两个旁轭，且上下轭与旁轭面积为工作柱铁心截面积的0.5-1倍，该旁轭面积为直流磁通提供通路且降低了工艺复杂度，同时满足了磁路需求与经济性的要求。
3、工作柱上依次饶有ABC三相工作绕组，且位于中间柱上的B相的两组工作绕组与两侧AC相位置相反，该结构能够在五柱式铁心结构中形成对称的磁路，且避免铁心饱和，接线简单。
附图说明
图1是本发明双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构的主视图。
图2是本发明双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构中单个铁心结构俯视图。
图3是本发明双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构中单相绕组电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构包括结构相同的前五柱铁心1和后五柱铁心2，两铁心前后并排放置。
本发明中，所用每一五柱铁心的结构如图2所示，包括三工作柱铁心5以及分别位于三工作柱铁心5两侧的旁轭铁心3，五柱铁心通过上下轭(6，7)连接。其中，每个工作柱铁心上设有磁阀4，磁阀所在截面段截面积小于工作柱铁心的截面积。为了充分利用铁心材料，本实施例中上下轭、旁轭铁心截面积A2相同，且A2的取值为工作柱铁心截面积A1的0.5～1倍，该尺寸能够为磁路提供闭合回路，同时避免了过小的上下轭与旁轭面积而不足以提供足够的磁通回路，以及过大的上下轭与旁轭面积而将增大铁芯耗材，导致经济性差的问题。
本发明所用的两组五柱铁心之间并无横轭连接，相互之间仅通过绕组连接，铁心结构简单，如图2所示，其绕组结构为：三个工作柱铁心依次绕有ABC三相绕组，且位于中间工作柱铁心上的B相绕组与两侧的A、C相绕组相反，具体地，中间工作绕组上的B相I绕组、II绕组的绕制方式与两侧的AC相相反，即前工作柱上依次为AI、BII、CI绕组，后工作柱上对应位置处依次为AII、BI、CII绕组。该绕线方法ABC三相对称，A、C相绕组直流磁通通过相邻旁轭以及B相绕组形成回路，直流磁通均匀分布，且ABC三相交流磁通相加为0，因而能够通过自身三个工作柱形成闭合回路，综上铁心中磁通对称分布，且这种设计B相与AC相直流偏磁方向相反，磁通不叠加，铁心不容易饱和。整体而言绕组与铁心结构简单合理，便于实现。
本发明中ABC三相中每一相的电路原理与单相磁控电抗器相同，如图3所示，其工作绕组由四个匝数为N/2的线圈组成，分别对称地绕在两个半工作柱上，分布于磁阀两侧，每一半铁心柱的上下两绕组各有一抽头比为δ＝Nk/N的抽头，抽头分别通过晶闸管K1和K2连接，不同铁心上下两个工作绕组交叉连接后并联到电网侧，续流二极管跨接于交叉端点上，这种绕组结构利用类似全波整流的原理产生直流偏磁。电路图中左半侧绕组称为I绕组，右半侧绕组称为II绕组，两绕组晶闸管的接线不同施加的直流偏磁效果相反。
将本发明结构实际应用时，可以在使用本发明铁心及绕组结构的双五柱三相磁控电抗器外加装外壳，注入绝缘油，本设备的绕组出线与传统六柱式或正交铁心式三相磁控电抗器出线相同，投入电网的使用方法相同。

Claims (4)

1.一种双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构，其特征在于：包括结构相同的前五柱铁心和后五柱铁心，两铁心并排放置，所述铁心包括中间三工作柱铁心以及分别位于三柱铁心两侧的旁轭铁心，五柱铁心通过上下轭连接；三个工作柱铁心依次绕有ABC三相绕组，且位于中间工作柱铁心上的B相绕组与两侧的AC相绕组相反，AC相绕组直流磁通通过相邻旁轭以及B相绕组形成闭合回路，ABC三相交流磁通相加为0形成闭合回路，铁心中磁通均匀分布。
2.根据权利要求1所述双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构，其特征在于：所述上下轭与旁轭面积为工作柱铁心截面积的0.5-1倍。
3.根据权利要求2所述双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构，其特征在于：所述工作柱铁心上设有磁阀，磁阀所在截面段的截面积小于工作柱铁心的截面积。
4.根据权利要求1～3任一所述双五柱三相可控电抗器铁心及绕组结构，其特征在于：所述ABC三相绕组中每一相的绕组结构包括四个匝数为N/2的线圈，分别对称地绕在两个半工作柱上，分布于磁阀两侧，每一半铁心柱的上下两绕组各有一抽头比为δ＝Nk/N的抽头，抽头分别通过晶闸管连接，不同铁心上下两个工作绕组交叉连接后并联到电网侧，续流二极管跨接于交叉端点上。
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