CN1156861C - 可控电抗器 - Google Patents

Abstract

一种可控电抗器，至少包括管形铁心，围绕铁心的主绕组(1)和基本上轴向地通过所述铁心的控制绕组(3)，所述电抗器适用于和三相交流网络相连，并为此具有用于每一相(14—16)的主绕组(1)，铁心和控制绕组，所述主绕组(1)和其各自的相相连，并且三相的控制绕组相互电气串联。

Description

可控电感器

技术领域

本发明涉及一种可控电感器，其至少包括管形铁心，围绕铁心的主绕组和基本上沿轴向通过所述铁心的控制绕组。

技术背景

这种可控电感器可以通过其主绕组被连接到任何电路例如电力线路中，从而为该电路提供电感，例如用于消除在电路中产生的高次谐波电流。通过改变在所述控制绕组内沿轴向通过铁心的控制电流可以控制铁心的导磁率因而控制电感器的电感。通过使这种可控电感器和电容器串联可以获得所谓的谐波滤波器，这例如通过本申请人的WO94/11891专利申请已经公知了，其中通过控制电感器的电感，对于某些频率可以把阻抗控制为较低的值，从而消除例如频率为网络的基波频率的11倍的高次谐波。

在用于提供足够高的电感的情况下，这种可控电感器的另一个应用领域是接入具有高的电容的交流电力线路例如电缆网络中。通过连接这种电感器可以接入所需数量的电感，因而减少电力线路的电抗，使得通过线路进行更高效率的能量传递。

这些可控电感器当然只影响交变电压，但是并不一定把主绕组连接在交流电压中，而可以连接于叠加有交流电压的直流电压中。这种已知的可控电感器的缺点在于，在主绕组中的交流电压在控制绕组中感应具有两倍于主绕组中基波频率的交流电压。这电压在网络中产生谐波电流，并在铁心中产生噪声。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在前言中所述的可控电感器，其中在很大程度上解决了上述问题。

本发明的目的是这样实现的：把这种电感器连接在三相交流网络中，每相中连接一个主绕组，每相具有一个铁心和控制绕组，三相的控制绕组相互电气串联连接。

因为对交流网络的所有三相提供了一个相同的可控电感器，其具有主绕组，铁心和控制绕组，用于在三相中接入可控的电感，并且三相的控制绕组相互串联，所以形成一种电感器，其中在各自控制绕组的各相内通过交流电压感应的电压相互抵销，这是因为由于三相交流电压的相位彼此相差120度电角度，故串联的控制绕组中感应电压之和为0。这样，便不会产生由控制绕组中的感应电压引起的上述问题，并且使控制绕组中的控制电流不受交流网络的影响，例如在直流的情况下仍保持为直流。

按照本发明的最佳实施例，至少一个铁心具有基本上沿其轴向通过的第二控制绕组，所述第二控制绕组和串联的第一控制绕组是分开的，并且第二控制绕组被连接到其自己的电压源，以便单独地调节其中的控制电流，而不依赖于串联连接的控制绕组中的控制电流的调节。通过调节串联的控制绕组中的控制电流来调节所有3个铁心中的导磁率的可能性是用这种方式实现了，同时避免在控制绕组中感应交流电压，同时可以单独调节具有第二控制绕组的铁心的导磁率，但是这种调节将在控制绕组中由那相的电流中的谐波电流产生所述类型的感应电压，并因而在铁心中引起损耗，虽然这些问题和每相的铁心单独调节的情况相比是较小的。当然其目的在于通过串联的主绕组实现调节，而第二控制绕组只进行“细调”，使得减少其中的感应电压。在某些时间间隔期间可以具有完全抑制通过第二控制绕组送出任何控制电流，而使其作为当出现极度饱和时的额外调节能力。

按照本发明的另一个实施例所有3个铁心都具有第二控制绕组以及和其相连的电压源，用于所述的单独调节。除去共同调节之外，用这种方式可以单独调节每个单独的铁心的导磁率，其结果和刚刚讨论过的实施例的相同。

按照本发明的另一个实施例，通过各个铁心的第一控制绕组的匝数大于第二控制绕组的相应的匝数。使得主要控制能力由所述串联的控制绕组提供，而第二控制绕组在有限范围内提供小的单独的控制能力，和所述匝数成正比的在第二绕组中感应的电压保持在一个低的值，即被称为脉动电压。

按照本发明的另一个最佳实施例，和第二绕组相连的电压源是适用于在第二控制绕组内产生大小可控的电流的直流电压源，而在本发明的另一个最佳实施例中，串联的控制绕组和适用于在所述控制绕组内产生大小可控的直流电流的直流电压源相连。确实，在这种类型的可控的电感器中，利用直流作为控制电流是普遍的，它给予了简单的调节，但是本发明可以实现这种调节，同时保持这种直流电流不受或少受交流电流网络的电压施加的影响。

按照本发明的另一个最佳实施例，电感器包括至少一个双极性的所述直流电压源和可控的用于使通过所述直流电压源加于控制绕组的电压极性反向的装置。这样，可以解决使用单极性的直流电压源时引起的问题。其中控制电流的增加比控制电流的减少快得多。即可以根据所需的控制电流的减少改变电压的极性，并保持这一极性直到控制电流达到所需的值，这样基本上可以使控制电流的增加和其减少具有相同的速度。

按照本发明的另一个最佳实施例，电感器包括一个由高导磁率材料制成的磁轭，它由通过所有铁心的各个主绕组所共用，并闭合由各个主绕组产生的基本上为轴向的主磁通，并形成所有铁心之间的主磁路。这样，可以获得可控电感器的电感的宽范围的极好的控制能力，因为这样可以使基本上所有的存储能量存在于可控的铁心柱中，即具有低导磁率的材料中，同时因为通过各个铁心的磁通可以分布在两个其它的铁心柱中，使得在任何时刻磁通之和为0。

通过下面的说明和其它从属权利要求可更加清楚地看出本发明的其它优点和最佳特征。

下面参照附图作为例子说明本发明的最佳实施例。

附图说明

图1是按照本发明第一最佳实施例的可控电感器的简化的局部截面图；

图2是说明按照本发明的最佳实施例的电感器的控制作用的简化电路图；

图3说明图2的按照本发明的电感器用于共同控制和单独控制时控制电流和铁心导磁率之间的关系；

图4是说明在按照本发明的可控电感器中用于单独控制铁心的导磁率的控制绕组部分的简化的电路图；以及

图5a和5b是说明当分别施加单极的和双极的直流电压源时控制电流对施加于图4的控制绕组的控制电压的变化的曲线。

具体实施方式

图1说明按照本发明的具有每个铁心串联连接的控制绕组的电感器连接在三相交流电路中的情况。电感器具有主绕组1，基本上和主绕组同轴设置的铁心2和用于三相网络的每一相的通过铁心沿轴向延伸的控制绕组3。这样，每个主绕组1被串联在所述交流网络的一相中，并具有处于高电位的上端，电压沿朝向图1下端的方向降落，下端可以是地电位，但也可以不是。控制绕组3相互串联，并通过部分4对称地在其间延伸，所述部分4和通过铁心延伸的控制绕组的部分由具有高电导率的板材制成，例如铜板，在这种板结构的形式中控制绕组具有稳定的机械结构，并能够引导控制绕组通过所需的通路。不同的铁心2通过设置在各个铁心端部的由高导磁率材料制成的轭5进行磁连接，所有铁心2是相同的并用于闭合由各个主绕组通过所有的铁心产生的基本上为轴向的主磁通，并在所有的铁心之间形成主磁通的通路。

用于通过串联连接的控制绕组产生直流电流的直流电压源最好由图1中的端子6，7接入，这些连接当然在相互绝缘的控制绕组板的不同层中进行，使得电流从一个端子流入，通过串联连接的整个控制绕组，然后回到另一个端子。在控制绕组3，4中的控制电流将产生和各个铁心上的主绕组产生的主磁通成切线的并且横向的磁通，用这种方式，减少主绕组的纵向磁通的导磁率。因而，通过增加控制绕组中的电流，铁心的导磁率可以减少，因而减少电感器的电感。这就是这种可控电感器的主要原理。控制电流和加于主绕组上的电压的一般范围分别为100-500A和1-400KV。

图2说明按照本发明的最佳实施例图1所示类型的电感器的可控性是如何实现的。其中示出了各个铁心的并由此服务于各相主绕组1的3个控制绕组3相互串联，并和一个共用的可控直流电压源8相连的情况。所有三相，或更准确地说是各铁芯，除此之外，还配有第二控制绕组9，它基本上轴向通过并且与串联的第一控制绕组分离而与其自身的可控直流源10相连，以便单独地控制其中的控制电流而与对串联连接的控制电流的控制无关。通过改变流经各个铁芯的控制电流所调节的正是各自铁芯的导磁率，图3示意了导磁率P随着控制电流I的增加而降低的情况，其中在如较长箭头11所指的第一较大区域内导磁率的调节是通过改变串联的控制绕组中流过的控制电流完成的。其中网络的电压引起的感应电压彼此抵消，而在由短箭头12表示的较小区域意在采取导磁率单独调节的方法，并且这种单独调节的做法在各个第二控制绕组内产生了这样的感应电压。比第一控制绕组的匝数低得多的第二控制绕组的匝数使得产生低的感应交流电压，即所谓的脉动电压，其频率为在第二控制绕组中的网络的基波频率的两倍。箭头12实际上可以用在箭头11的端部沿和虚线相反方向的双箭头代替，用于通过第二控制绕组的正负作用快速调节各个铁心的导磁率。不过，第二控制绕组通常只用于调节使导磁率减少，使得在控制绕组内不产生不需要的热损失。

图4表示可控的直流电压源10是如何和控制绕组9连接的，以便调节上述类型的可控电感器中的铁心的导磁率。图5a还说明在单极直流电压源的情况下，根据通过直流电压源10加于控制绕组上的电压U在时间t内控制电流I的变化情况。似乎控制电流的增加比减少快得多，使得当和需要增加控制电流相比主要需要减少控制电流时，对于所需控制电流的值13的可适应性变差。

不过，图5b说明按照本发明的的最佳实施例在双极性直流电压源10的情况下发生的情况，使得施加在控制绕组上的电压的符号在需要时改变，由图可见，使控制绕组的电压反向直到控制电流被减少到所需的值13，可以使得控制电流的调节速度在下降时和上升时那样快。这种双极性直流电压源可被连接到第二控制绕组9与/或被连接到串联的第一控制绕组3。

当然本发明不受上述最佳实施例的限制，不脱离本发明的构思，本领域的技术人员可以作出各种改变和改型。

Claims (11)

1.一种可控电感器，包括管形铁心(2)，围绕铁心的主绕组(1)和基本上轴向地通过所述铁心的控制绕组(3)，其特征在于，所述可控电感器连接到三相交流网络，并为此对每一相具有用于连接到该相的主绕组(1)，铁心(2)和控制绕组(3)，并且三相的控制绕组相互串联电连接。

2.如权利要求1所述的电感器，其特征在于至少一个铁心(2)具有基本上在其中轴向地通过的第二控制绕组(9)，所述第二控制绕组和所述串联连接的第一控制绕组(3)是分开的，并且第二控制绕组和其自身的电压源(10)相连，用于不依赖于对串联连接的控制绕组中的控制电流的调节而独立地调节其中的控制电流。

3.如权利要求2所述的电感器，其特征在于，所有3个铁心(2)都具有第二控制绕组(9)和用于进行所述的独立调节而和每个第二控制绕组相连的电压源(10)。

4.如权利要求2或3所述的电感器，其特征在于，串联连接的通过各自的铁心(2)的第一控制绕组(3)的匝数大于相应的第二控制绕组(9)的匝数。

5.如权利要求2所述的电感器，其特征在于，和所述第二控制绕组(9)相连的电压源(10)是用于在第二控制绕组内产生强度可调的直流电流的直流电压源。

6.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，串联连接的控制绕组(3)和用于在这控制绕组内产生强度可调的直流电流的直流电压源(8)相连。

7.如权利要求5所述的电感器，其特征在于，它包括至少一个双极性的所述的直流源(8，10)，和可控的用于使通过所述直流电压源施加在控制绕组上的电压的符号反向的装置。

8.如权利要求6所述的电感器，其特征在于，所述双极性直流电压源(10)是和第二控制绕组(9)相连的直流电压源。

9.如权利要求7所述的电感器，其特征在于，所述双极性直流电压源(10)是和串联连接的控制绕组(3)相连的直流电压源。

10.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，它包括由具有高导磁率的材料制成的轭(5)，其为由各个主绕组(1)通过所有铁心(2)产生的基本上是轴向的主磁通所共用，并使所述主磁通闭合，并在所有铁心之间形成主磁通的通路。

11.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，至少串联连接的控制绕组(3)由具有高电导率的材料制成的板制成。

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