CN112735764B - 一种铁芯、铁芯电抗器及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种铁芯、铁芯电抗器及方法，铁芯由导磁薄片层叠构成，导磁薄片设置有至少一对磁阀，左磁阀与右磁阀构成一对磁阀；导磁薄片上的铁芯磁通路径呈S形弯曲路径，且使铁芯连续不间断；线圈所在铁芯柱的所有径向直线行走的磁通至少经过一个磁阀的气隙，且所经过的磁阀的气隙长度之和均相等；相邻两磁阀较窄区段之间标记有一条与铁芯柱纵向平行、且有一定宽度的直线，对该线段下的硅钢片进行阻磁处理。本公开不仅能够使铁芯电抗器的铁芯不需要气隙，同时只需要比较少的磁阀，即可有较好的电气线性度。

Description

一种铁芯、铁芯电抗器及方法

技术领域

本公开属于铁芯电抗器技术领域，具体涉及一种铁芯、铁芯电抗器及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

电抗器在电力系统中的应用非常广泛。为了提高电抗器的电抗值，电抗线圈中可加入铁芯。有铁芯的电抗器为了获得线性特性，电抗器铁芯需要加气隙，然而，现有的电抗器铁芯气隙结构都是由铁芯饼和气隙垫块构成，由于铁芯饼和气隙垫块的结构特征，这种结构的铁芯电抗器在运行过程中存在振动大、噪声大的问题。

目前已有文献力求解决上述问题，例如中国发明专利CN109273212A、CN201911044826.7提出一种铁芯结构、铁芯电抗器及方法，能够解决现有的气隙结构带来的运行时的振动和噪声问题，且有比较好的线性度。缺点是，该铁芯电抗器需要比较多的磁阀，才能获得满足要求的线性度。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出一种铁芯、铁芯电抗器及方法，本公开不仅能够使铁芯电抗器的铁芯不需要气隙，同时只需要比较少的磁阀，即可有较好的电气线性度。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种铁芯，由导磁薄片层叠构成，所述导磁薄片设置有若干对磁阀，每对磁阀包括设置于铁芯柱不同侧的第一磁阀与第二磁阀，使得铁芯磁通路径呈S形弯曲路径，且使铁芯连续不间断；

线圈所在铁芯柱的所有径向直线行走的磁通至少经过一个磁阀的气隙，且所经过的磁阀的气隙长度之和均相等。

作为可选择的实施方式，所述铁芯柱上至少一部分相邻两磁阀之间设置有间距，所述间距部分的导磁薄片经过阻磁处理。

作为进一步限定的实施方式，所述阻磁处理包括激光淬火处理，热处理或机械削薄方法。

作为进一步限定的实施方式，所述间距宽度小于1mm，大于0mm。

作为进一步限定的实施方式，所述间距为与铁芯柱纵向平行、且有一定宽度的直线段部分。

作为进一步限定的实施方式，有一对相邻磁阀较窄区段之间设置有间距，或，多对磁阀较窄区段之间设置有间距；或，同一铁芯柱上的所有磁阀较窄区段之间设置有间距。

作为可选择的实施方式，所述铁芯柱上设置有至少三十对磁阀。

作为可选择的实施方式，所述第一磁阀，设置于铁芯柱左侧，由长度L1的矩形右侧组合长度L2的矩形构成；

所述第二磁阀，设置于铁芯柱右侧，由长度L1的矩形左侧组合长度L2的矩形构成，其中：长度L1的矩形的高是2N,长度L2的矩形的高是N；且符合(2×L1+L2)＝L，(L1+L2)﹥0.5L，L2﹥0。

一种铁芯电抗器，包括上述的铁芯。

一种铁芯电抗器的制造方法，包括以下步骤：

导磁薄片层叠构成铁芯，在导磁薄片上设置至少一对磁阀，导磁薄片上的铁芯磁通路径呈S形弯曲路径，且使铁芯连续不间断；

线圈所在铁芯柱的所有径向直线行走的磁通至少经过一个磁阀的气隙，且所经过的磁阀的气隙长度之和均相等；

铁芯柱上至少一部分相邻两磁阀之间设置有间距，所述间距部分的导磁薄片进行阻磁处理。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开能够使铁芯电抗器的铁芯不需要气隙，同时只需要比较少的磁阀，即可有较好的电气线性度。在磁阀比较少条件下，即可获得较好的电气线性度。在铁芯比较小的电抗器上也可以采用本公开的技术方案，在容量比较小的电抗器上也可以采用本公开的技术方案。

本公开铁芯电抗器与没有激光淬火的铁芯电抗器相比较，同等线性度条件下，需要加工的磁阀较少，铁芯柱的机械支撑强度大。

本公开的铁芯去除磁阀以后的剩余铁芯呈S弯曲路径，但铁芯柱上的铁芯仍然连续，没有间断，保证了铁芯柱对电抗器的整体机械支撑。本公开的铁芯电抗器运行过程，振动小，噪音小。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1表示一种铁芯电抗器铁芯形状示意图；

图2表示一对磁阀局部尺寸图；

图3表示铁芯激光淬火位置图。

其中：1、左磁阀；2、右磁阀。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

一种铁芯，由导磁薄片层叠构成，导磁薄片设置有至少一对磁阀，左磁阀1与右磁阀2构成一对磁阀；

导磁薄片上的铁芯磁通路径呈S形弯曲路径，且使铁芯连续不间断；

线圈所在铁芯柱的所有径向直线行走的磁通至少经过一个磁阀的气隙，且所经过的磁阀的气隙长度之和均相等。

具体的，在铁芯柱左边削除硅钢片一部分构成凹洞(左磁阀1)，在铁芯柱右边削除硅钢片一部分构成凹洞(右磁阀2)，左磁阀1与右磁阀2构成一对磁阀如图2所示。

如图2所示，在长度L1的矩形右侧组合长度L2的矩形，构成左侧磁阀1。在另一个长度L1的矩形左侧组合长度L2的矩形，构成右侧磁阀2，其中：长度L1的矩形的高是2N,长度L2的矩形的高是N。且符合(2×L1+L2)＝L，(L1+L2)﹥0.5L，L2﹥0，M﹥0。铁芯柱由一对或数对这样的磁阀依次排列构成，且保证铁芯柱中所有直线磁通路径所经过的磁阀的气隙长度总和相等。

如图1所示，硅钢片上相邻的两种磁阀互相遮挡对方非磁阀的铁芯空间，使硅钢片的铁芯磁通路径从非磁阀通道流过后被另一种磁阀遮挡，必须绕过对方磁阀才继续向前流通，磁通的铁芯磁通路径呈S形弯曲铁芯路径。具体的，如图3局部放大图所示，磁通依次按Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7路径流通。为了保证硅钢片上流通的磁通的铁芯没有直线铁芯路径，只有S形弯曲铁芯路径，必须(L1+L2)﹥0.5L，L2﹥0。建议：取L2＝0.85L，L1﹥0.15L。

当磁通比较小时，磁通从铁芯柱中剩余的铁芯路径中流动，例如：磁通依次按Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7路径流通。由于磁通在S形弯曲铁芯路径流通，流通路径长于铁芯没有磁阀时的流通路径，流通路径越长，流通路径越窄，有磁阀的铁芯柱剩余部分就越容易饱和。

有磁阀的铁芯柱剩余部分饱和后，磁阻增大很多，磁通就会穿过磁阀，在铁芯柱中取铁芯纵向直线路径流通。这时线圈所在铁芯柱的所有径向直线行走的磁通至少经过一个磁阀的气隙。如果铁芯柱中所有与铁芯柱径向直线磁通路径所经过的磁阀的气隙长度总和相等，且直线磁通路径所经过的铁芯长度总和相等。铁芯电抗器就有较好的线性特性。

如果铁芯电抗器的铁芯用无取向硅钢片层叠构成，铁芯柱横向磁通磁阻与纵向磁通磁阻相等，磁通在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7路段流通时的磁阻为R。如果铁芯电抗器用单取向硅钢片层叠构成，铁芯柱横向磁通磁阻大于纵向磁通磁阻，即Q2、Q4、Q6路段的磁阻大于Q1、Q3、Q5、Q7路段的磁阻，则磁通在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7路段的磁阻大于磁阻R。可以分析出结论，铁芯柱横向磁通磁阻比纵向磁通磁阻大的越多，铁芯柱去除磁阀的剩余部分饱和点就越低，铁芯电抗器线性度越好。

为了使铁芯柱横向磁通磁阻加大，即Q2、Q4、Q6路段的磁阻更大，可在相邻两磁阀(一个左磁阀、一个右磁阀)的L2区段之间标记一条与铁芯柱纵向平行的且有一定宽度的直线，例如图3中的X1、X2、X3，一定宽度的直线是宽度小于1mm，大于0的直线。对该线段的硅钢片进行阻磁处理，所谓阻磁处理即：保留线段之下硅钢片机械连接能力，加大线段之下硅钢片磁阻。

在本实施例中，阻磁处理可以为激光淬火处理，热处理，机械削薄，等方法。该线段垂直跨在相邻两磁阀的L2区段之间，对硅钢片标记的线段进行激光淬火处理，虽然是表明处理，但制造电抗器的硅钢片很薄(一般小于0.35mm)，会使激光淬火结果穿透硅钢片，使该线段之下的硅钢片导磁性能下降。由于所有横向磁通都必然流过该线段之下的硅钢片，所以，线段之下的硅钢片导磁性能下降对铁芯柱中的横向磁通的磁阻影响很大。根据需要，可以只进行一对相邻两磁阀(一个左磁阀、一个右磁阀)的L2区段之间的线段进行阻磁处理。也可以进行多对相邻两磁阀的L2区段之间的线段进行阻磁处理。越多磁阀的L2区段之间的线段被阻磁处理，铁芯电抗器线性度越好。该线段很窄，只有不到1mm，对铁芯柱纵向磁通的流通影响很小，线段越窄，对铁芯柱纵向磁通的流通影响越小。

如果硅钢片没有被阻磁处理，铁芯可能需要30对磁阀才可获得符合要求的线性度。对于铁芯较小的电抗器，就无法安排30对磁阀的位置。对于容量较小的电抗器，虽然铁芯可以安排30对磁阀位置，但磁阀的矩形凹洞的高N太小，而无法加工。本方法对硅钢片磁阀的L2区段之间的线段进行阻磁处理，铁芯可能只需要6对磁阀就可获得符合要求的线性度。本方法可以制造铁芯较小的电抗器，可以制造容量较小的电抗器。

现有铁芯电抗器，铁芯电抗器的铁芯柱必须有气隙，铁芯柱是间断的，间断的铁芯柱中间需要加铁芯饼和气隙垫块，需要很强的机械固定螺杆来固定这些铁饼。因此，铁芯电抗器运行过程，振动大，噪音大。本方法制造的铁芯电抗器，虽然有一系列磁阀，铁芯去除磁阀以后的剩余铁芯呈S弯曲路径，但铁芯柱上的铁芯仍然连续，没有间断，保证了铁芯柱对电抗器的整体机械支撑。本发明的铁芯电抗器运行过程，振动小，噪音小。

上述提供的一种铁芯电抗器的铁芯的制备细节，可用现有技术设计制造，完全可以实现，有广阔应用前景。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种铁芯，由导磁薄片层叠构成，其特征是：所述导磁薄片设置有若干对磁阀，每对磁阀包括设置于铁芯柱不同侧的第一磁阀与第二磁阀，使得铁芯磁通路径呈S形弯曲路径，且使铁芯连续不间断；

线圈所在铁芯柱的所有径向直线行走的磁通至少经过一个磁阀的气隙长度，且所经过的磁阀的气隙长度之和均相等；

所述铁芯柱上至少一部分相邻两磁阀之间的导磁薄片上设置有经过阻磁处理的间距。

2.如权利要求1所述的一种铁芯，其特征是：所述阻磁处理包括激光淬火处理、热处理或机械削薄方法。

3.如权利要求1所述的一种铁芯，其特征是：所述间距宽度小于1mm，大于0mm。

4.如权利要求1所述的一种铁芯，其特征是：所述间距为与铁芯柱纵向平行、且有一定宽度的直线段部分。

5.如权利要求1所述的一种铁芯，其特征是：有一对相邻磁阀较窄区段之间设置有间距，或，多对磁阀较窄区段之间设置有间距；或，同一铁芯柱上的所有磁阀较窄区段之间设置有间距。

6.如权利要求1所述的一种铁芯，其特征是：所述铁芯柱上设置有至少三十对磁阀。

7.如权利要求1所述的一种铁芯，其特征是：所述第一磁阀，设置于铁芯柱左侧，由长度L1的矩形右侧组合长度L2的矩形构成；

所述第二磁阀，设置于铁芯柱右侧，由长度L1的矩形左侧组合长度L2的矩形构成，其中：长度L1的矩形的高是2N,长度L2的矩形的高是N；且符合（2×L1+L2）=L，（L1+L2）﹥0.5 L，L2﹥0。

8.一种铁芯电抗器，其特征是：包括如权利要求1-7中任一项所述的铁芯。

9.一种铁芯电抗器的制造方法，基于如权利要求1-7中任一项所述的铁芯，其特征是：包括以下步骤：

导磁薄片层叠构成铁芯，在导磁薄片上设置至少一对磁阀，导磁薄片上的铁芯磁通路径呈S形弯曲路径，且使铁芯连续不间断；

线圈所在铁芯柱的所有径向直线行走的磁通至少经过一个磁阀的气隙长度，且所经过的磁阀的气隙长度之和均相等；

铁芯柱上至少一部分相邻两磁阀之间的导磁薄片上设置有经过阻磁处理的间距。

Images