CN115148462B - 一种带有减振功能的底座及干式铁芯电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁芯电抗器技术领域，尤其涉及一种带有减振功能的底座及干式铁芯电抗器，底座包括：主体板，呈通长的带状结构；主体板的一个侧面记为贴合面，用于与电抗器的铁芯贴合；主体板中与贴合面相对的侧面记为安装面；主体板上还设置有安装通孔；主体板的顶部和底部还设置有朝向远离贴合面方向延伸的延伸板；多个吸振结构，设置在安装面上，且设置在安装通孔处，用于吸收从铁芯传递至主体板的振动波。本发明提供的带有减振功能的底座及干式铁芯电抗器，可以有效地对铁芯的机械振动进行吸收，从而提升电抗器的结构可靠性，降低振动噪音。

Description

一种带有减振功能的底座及干式铁芯电抗器

技术领域

本发明涉及铁芯电抗器技术领域，尤其涉及一种带有减振功能的底座及干式铁芯电抗器。

背景技术

干式铁芯电抗器主要用于电网的无功补偿，能有效吸收电网谐波，改善系统的电压波形，提高系统功率因数等，因而在城市电力系统、新能源等领域应用越来越广泛。

铁芯电抗器在结构上的最大特点是在其内部设置有铁芯，铁芯能够有效地对电抗器线圈产生的磁场进行优化，将磁场集中，从而提升电抗器的运行稳定性、降低电抗器的能量损耗；但同时，铁芯的设置也会带来负面问题：在电抗器的使用过程中，铁芯因磁致伸缩等因素产生机械振动，这种振动会严重影响电抗器自身内部的连接结构、以及电抗器与外部之间的连接结构的结构可靠性，并且这种振动还会产生过热，加速绝缘老化导致绝缘性能下降，以及产生振动噪声扰民等问题。事实上，电抗器振动噪声已经是该类产品在应用中的一个重要缺陷，甚至成了除温度因素之外影响铁芯电抗器运行质量的最普遍缺陷。

因此，需要设计一种能够吸收铁芯振动的铁芯电抗器结构。

发明内容

本发明提供了一种带有减振功能的底座，使用底座可以有效地对铁芯的机械振动进行吸收，从而解决背景技术中的问题。本发明还提供了一种干式铁芯电抗器，能够达到同样的技术效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种带有减振功能的底座，包括：

主体板，呈通长的带状结构；所述主体板的一个侧面记为贴合面，用于与电抗器的铁芯贴合；所述主体板中与所述贴合面相对的侧面记为安装面；所述主体板上还设置有安装通孔；所述主体板的顶部和底部还设置有朝向远离所述贴合面方向延伸的延伸板；

多个吸振结构，设置在所述安装面上，且设置在所述安装通孔处，用于吸收从铁芯传递至所述主体板的振动波。

进一步地，所述吸振结构为振子结构；所述振子结构呈朝向远离所述安装面方向逐渐扩大的结构，且所述振子结构整体呈回转体结构，回转中心轴线与所述安装面相互垂直。

进一步地，多个所述振子结构分成多个振子组，所述安装通孔的每侧至少设置一个所述振子组；每个所述振子组中有沿所述主体板延伸方向分布的至少两个所述振子结构，每个所述振子组中的所有所述振子结构组合形成一个周期结构。

进一步地，所述周期结构的带隙通过以下步骤确定：

S10：在所述主体板的安装面上设置加速度传感器后，启动电抗器，得到加速度A对应时间T的变化函数A=f(T)；

S20：对A=f(T)进行傅里叶变化，得到振动频率F与其对应出现频率R的对应函数R=g(F)；

S30：取R为最大值时F的取值，则F即为所述主体板的主要振动频率，所述周期结构的带隙取值为F-k~F+k，其中，k为区间系数。

进一步地，所述振子结构靠近所述安装面的一端设置连接结构，所述振子结构通过所述连接结构固定安装在所述安装面上。

进一步地，所述吸振结构为压电元件，所述压电元件贴合在所述安装面上；所述压电元件与电阻元件串联。

进一步地，还包括电感元件，所述压电元件、所述电阻元件和所述电感元件串联；所述压电元件、所述电阻元件和所述电感元件形成谐振电路。

进一步地，所述谐振电路的谐振频率通过以下步骤确定：

S10：在所述主体板的安装面上设置加速度传感器后，启动电抗器，得到加速度A对应时间T的变化函数A=f(T)；

S20：对A=f(T)进行傅里叶变化，得到振动频率F与其对应出现频率R的对应函数R=g(F)；

S30：取R为最大值时F的取值，则F即为所述主体板的主要振动频率，所述谐振电路的谐振频率取值为F。

进一步地，还包括开关元件，所述压电元件、所述电阻元件、所述电感元件和所述开关元件串联。

本发明还提供一种干式铁芯电抗器，使用上述的带有减振功能的底座进行固定安装。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

1、本发明的底座通过设置与铁芯贴合的贴合面，还在安装面设置有吸振结构，从而可以通过吸振结构吸收铁芯振动产生的振动波，从而减少电抗器中的底座和其他部件的振动，提高电抗器的结构可靠性，减少振动噪音；

2、本发明的吸振结构可以通过附加安装的方式进行设置，使底座整体原有的结构不需要进行过多的改动，保证底座的结构刚度和主体结构在力学方面的安全性能；

3、吸振结构本身的结构简单，能够简单地进行加工和安装，从而减小其加工难度和制造成本，并且其简单的结构使吸振结构能够尽可能地减小其受到的外界影响，具有更小的损坏失效概率，适合应用于工况环境复杂的干式电抗器环境中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的带有减振功能的底座的结构示意图；

图2为本发明的带有减振功能的底座实施例一的正视图；

图3为本发明的带有减振功能的底座实施例一的侧面剖视图；

图4为本发明的带有减振功能的底座实施例二的正视图；

图5为本发明的带有减振功能的底座实施例二中压电元件和电阻元件的连接电路图；

图6为本发明的带有减振功能的底座实施例二中压电元件、电阻元件和电感元件的连接电路图；

图7为本发明的带有减振功能的底座实施例二中压电元件、电阻元件、电感元件和开关元件的连接电路图；

图8为本发明的加速度A对应时间T的变化函数图像；

图9为本发明的振动频率F与其对应出现频率R的对应函数图像；

图10为本发明的干式铁芯电抗器的结构示意图；

附图标记：主体板1、贴合面11、安装面12、安装通孔13、延伸板14、吸振结构2、振子结构21、连接结构211、压电元件22、电阻元件3、电感元件4、开关元件5、线圈结构6、铁芯7。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

一种带有减振功能的底座，如图1~3所示，包括：

主体板1，呈通长的带状结构；主体板1的一个侧面记为贴合面11，用于与电抗器的铁芯7贴合；主体板1中与贴合面11相对的侧面记为安装面12；主体板1上还设置有安装通孔13，螺栓可以穿过安装通孔13将主体板1与铁芯7进行固定；主体板1的顶部和底部还设置有朝向远离贴合面11方向延伸的延伸板14，顶部的延伸板14优选设置有多个辅助连接孔，螺钉可以穿过辅助连接孔与电抗器的其他部件相连形成辅助连接；底部的延伸板14可以设置多个固定孔，螺钉穿过固定孔与电抗器外部的设备、安装架等物体进行连接，实现电抗器与外界的固定。

电抗器的主要结构如图2~3所示，在电抗器工作时，电抗器的线圈结构6会通交流电，随着交流电不断变换的电流方向，线圈结构6产生的磁场方向也会跟着产生不断的变换，铁芯7就会因磁致伸缩等因素产生机械振动，这种振动会传递至与铁芯7贴合的贴合面11上，因此在安装面12设置上多个吸振结构2，并且将多个吸振结构2设置在安装通孔13处，安装通孔13由于是用于穿插主体板1和铁芯7的螺钉的，因此其附近所传递的振动波的能量最大，吸振结构2用于吸收从铁芯7传递至主体板1的振动波。通过吸振结构2吸收铁芯7振动产生的振动波，从而减少电抗器的底座和其他部件的振动，提高电抗器的结构可靠性，减少振动噪音。

本实施例中，吸振结构2采用机械结构的方式来吸收振动波，此时，吸振结构2为振子结构21，振子结构21呈朝向远离安装面12方向逐渐扩大的结构，且振子结构21整体呈回转体结构，回转中心轴线与安装面12相互垂直。

其吸收振动波的具体原理如下：振动波在传递到主体板1上后，其振动的方向是和安装面12相互垂直的（如图3所示）；振子结构21的这种逐渐扩大的结构，可以使振子结构21在垂直于安装面12的方向上产生刚度的变化，使外缘部分的刚度小于中心部分的刚度，在接收到主体板1上的振动波后，这种变刚度的结构就能将振动波聚集到边缘处刚度最弱的地方，并且很难再返回到刚度更高的中心处；振子结构21的边缘处的振动波数量增加，但到达时间之间会产生差异，因此多个不同时间到达的振动波之间就会产生一定的相位差异，使这些振动波之间可以相互抵消，从而使振子结构21能够具有吸收振动波的功能。振子结构21中与安装面12垂直的侧面优选设置成曲面结构，且记经过曲面结构上一点的切线相对安装面12的斜率为设计斜率，设计斜率随着该点与安装面12距离的增大而减小，如图3所示，通过这种曲面结构使振子结构21中心高刚度和边缘低刚度处实现平滑过渡，防止出现应力集中现象保证结构强度，并且能够使振子结构21的刚度产生非线性的变化，使中心处刚度变化快，能够将振动波快速导向边缘处，而边缘处刚度变化慢，振动波进入后能够变得更加平缓，有利于维持波形，便于多个振动波之间的抵消。

多个振子结构21分成多个振子组，安装通孔13的每侧至少设置一个振子组；每个振子组中有沿主体板1延伸方向分布的至少两个振子结构21，每个振子组中的所有振子结构21组合形成一个周期结构。固体物理学研究发现，按照某种方式排列的周期介质具有弹性波的衰减域特性，即入射波的频率落在衰减域频段内时，该入射波不能在周期介质中传播，这个衰减域频段称为该周期结构的带隙或者禁带。本发明使用多个振子结构21组合形成这种周期结构，并将周期结构设置在安装通孔13的两侧，并使振动波的频率落在周期结构的带隙内，使振动波从安装面12进入周期结构后因无法传播逐渐衰减，从而实现吸收振动波的功能。通过调整振子结构21的尺寸以及振子结构21之间的距离等方式，就可以对多个振子结构21形成的周期结构的带隙进行调整，就能够使其更好地对应主体板1的主要振动频率。

周期结构的带隙取值通过以下步骤确定：

S10：在主体板1的安装面上设置加速度传感器后，启动电抗器，得到加速度A（单位为m/s^-2）对应时间T（单位为s）的变化函数A=f(T)，其函数图像如图8所示，加速度A为正值表示加速度A的方向是朝向远离铁芯7的方向；

S20：对A=f(T)进行傅里叶变化，得到振动频率F（单位为Hz）与其对应出现频率R的对应函数R=g(F)，其函数图像如图9所示，从而可以得出在主体板1在振动时主要保持的振动频率F的数值；

S30：取R为最大值时F的取值，则F即为主体板1的主要振动频率，说明主体板1主要是在F这个频率数值进行振动的，周期结构的带隙就设置在F值的附近即可对主体板1达到最大的吸振效果，本发明中周期结构的带隙的具体取值为F-k~F+k，其中，k为区间系数，k的具体数值可以自由确定，通常取1~2Hz即可。以图9为例，有最大出现频率R为0.224、对应振动频率F为300Hz，说明主体板1在振动时有大部分时间会保持在300Hz这个振动频率，即主体板1主要保持的振动频率F为300Hz；之后即可将周期结构的带隙取值设定成298Hz~302Hz，确定带隙后，就可以通过理论计算和实验测量确定振子结构21的尺寸和安装距离。

振子结构21可以直接焊接在安装面12上，也可以在振子结构21靠近安装面12的一端设置连接结构211，振子结构21通过连接结构211固定安装在安装面12上。连接结构211可以是固定在振子结构21端部的螺杆或卡接结构，也可以是涂在振子结构21端部的胶层。

实施例二

一种带有减振功能的底座，如图1和图4~7所示，与实施例一不同的是，本实施例采用将振动能量转化成电能然后消耗掉的方式来吸收振动，此时，吸振结构2为压电元件22，压电元件22贴合在安装面12上，压电元件22材料通常为压电陶瓷或压电晶体，这种材料受到压力作用时会在两端面间出现电压，本发明利用这种特性，一旦振动波经过贴合在安装面12的压电元件22，压电元件22就会因为机电耦合效应产生电能，即实现从振动机械能到电能的能量转化，将压电元件22与电阻元件3串联组成RC电路，如图5所示，则这些电能就能够通过电阻元件3消耗掉，从而实现吸收振动的功能。

单纯的RC电路其电能耗散效率相对偏低，就会影响吸振效果，因此优选还设置有电感元件4，并将压电元件22、电阻元件3和电感元件4串联，使压电元件22、电阻元件3和电感元件4形成RLC谐振电路，如图6所示，来提升电能的消耗速度；利用RLC谐振电路的特性，优选将谐振电路的谐振频率设置成和主体板的主要振动频率接近或者相同，谐振频率和振动频率越接近，电能耗散的效率就会越大。

谐振电路的谐振频率的确定方法与实施例一的确定方法原理上相同，具体的确定步骤如下：

S10：在主体板的安装面上设置加速度传感器后，启动电抗器，得到加速度A（单位为m/s^-2）对应时间T（单位为s）的变化函数A=f(T)；

S20：对A=f(T)进行傅里叶变化，得到振动频率F（单位为Hz）与其对应出现频率R的对应函数R=g(F)；

S30：取R为最大值时F的取值，则F即为主体板的主要振动频率，谐振电路的谐振频率取值为F。

优选还设置有开关元件5，如图7所示，将压电元件22、电阻元件3、电感元件4和开关元件5串联，通过对开关元件5的控制，可以将电能自适应地提取至电路电感元件4中再通过电阻元件3耗散掉，该设计可以使人员可以根据具体的使用情况对吸振结构2进行控制，满足复杂的振动条件和周期结构参数的控制需求。

本发明还涉及一种干式铁芯电抗器，如图10所示，使用实施例一或实施例二的带有减振功能的底座进行固定安装，具体为：

铁芯电抗器还包括线圈结构6和铁芯7，本发明的底座设置在线圈结构6的下方，且铁芯7的两侧都设置有本发明的底座，每个底座的主体板1的贴合面11贴合铁芯7的侧面，然后螺栓穿过两个底座的安装通孔13以及设置在铁芯7端部的通孔，将两个底座和铁芯7进行固定连接；螺钉穿过顶部延伸板14上的辅助连接孔旋入线圈结构6中，对底座进行辅助固定，进一步地提升底座在铁芯电抗器中的安装可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种带有减振功能的底座，其特征在于，包括：

主体板，呈通长的带状结构；所述主体板的一个侧面记为贴合面，用于与电抗器的铁芯贴合；所述主体板中与所述贴合面相对的侧面记为安装面；所述主体板上还设置有安装通孔；所述主体板的顶部和底部还设置有朝向远离所述贴合面方向延伸的延伸板；

多个吸振结构，设置在所述安装面上，且设置在所述安装通孔处，用于吸收从铁芯传递至所述主体板的振动波；所述吸振结构为振子结构；

所述振子结构呈朝向远离所述安装面方向逐渐扩大的结构，且所述振子结构整体呈回转体结构，回转中心轴线与所述安装面相互垂直；多个所述振子结构分成多个振子组，所述安装通孔的每侧至少设置一个所述振子组；每个所述振子组中有沿所述主体板延伸方向分布的至少两个所述振子结构，每个所述振子组中的所有所述振子结构组合形成一个周期结构；

所述周期结构的带隙通过以下步骤确定：

S10：在所述主体板的安装面上设置加速度传感器后，启动电抗器，得到加速度A对应时间T的变化函数A=f(T)；

S20：对A=f(T)进行傅里叶变化，得到振动频率F与其对应出现频率R的对应函数R=g(F)；

S30：取R为最大值时F的取值，则F即为所述主体板的主要振动频率，所述周期结构的带隙取值为F-k~F+k，其中，k为区间系数。

2.根据权利要求1所述的带有减振功能的底座，其特征在于，所述振子结构靠近所述安装面的一端设置连接结构，所述振子结构通过所述连接结构固定安装在所述安装面上。

3.一种干式铁芯电抗器，其特征在于，使用如权利要求1~2任一项所述的带有减振功能的底座进行固定安装。