CN117095914B - 具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器，属于磁控式电抗器领域。系统包括：具有并联磁阀的三相三柱铁芯,A相交流主绕组，第一A相磁控绕组，第二A相磁控绕组，B相交流主绕组，第一B相磁控绕组，第二B相磁控绕组，C相交流主绕组，第一C相磁控绕组，第二C相磁控绕组组成；给磁控绕组施加直流电流可在并联磁阀形成磁通回路，通过调节磁控线圈直流电流大小改变铁芯并联磁阀区域的静态磁密工作点，从而调节电抗器的电抗值。本发明三相三柱磁控式电抗器结构简单，电抗值线性，并能在很大范围内平滑调节，在三相铁芯柱上采用并联磁阀式磁路结构可以实现三个铁芯柱中的直流磁通回路相互独立，提高了系统的运行效率和经济性。
Description
技术领域
本发明公开了具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器，属于磁控式电抗器领域。
背景技术
磁控电抗器作为一种电感可以调节的无功补偿器件，在现代电网的特高压以及超高压电路中得到了广泛应用。磁控电抗器是基于磁放大器原理来工作的。它是一种交直流同时磁化的可控饱和度的铁芯电抗器，工作时，可以用极小的直流功率（约为电抗器额定功率的0.1%～0.5%）来改变控制铁芯的工作点（即铁芯的饱和度或者说改变铁芯的导磁率μ），来改变其感抗值，从而达到调节电抗电流的大小并平滑调节无功功率的目的。
中国发明专利CN112347720B“三相八柱式磁控型可控电抗器的建模方法及仿真模型”包括将两个单相三绕组变压器的仿真模型串联组合，构成单相四柱式磁控型可控电抗器的仿真模型；基于三个所述单相四柱式磁控型可控电抗器的仿真模型,构成三相八柱式磁控型可控电抗器的仿真模型；中国发明专利CN218414198U“一种磁控电抗器的多级磁阀结构”，包括铁芯芯柱，所述铁芯芯柱中布置有磁阀；所述磁阀布置有多个，且所述磁阀均由一级磁阀和二级磁阀组成；所述一级磁阀和二级磁阀的截面积的大小不同，二次磁阀的截面为一级磁阀截面积的70～85%。以上所述两种磁控电抗器为了实现直流磁路的构建，都是采用单相组合的形式，铁芯结构复杂，制造设计成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提出一种具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器，其特征在于：包括具有并联磁阀的三相三柱铁芯，所述三相三柱铁芯由A相交流主绕组、第一A相磁控绕组、第二A相磁控绕组、B相交流主绕组、第一B相磁控绕组、第二B相磁控绕组、C相交流主绕组、第一C相磁控绕组和第二C相磁控绕组组成；所述的A相交流主绕组、B相交流主绕组、C相交流主绕组按照相同的绕向分别绕制于三相三柱铁芯的三个铁芯柱上，所述的三相三柱铁芯的每个芯柱上开口，铁芯在开口位置的两侧形成并联磁阀，并联磁阀具有相同的截面积和磁路长度，第一A相磁控绕组、第二A相磁控绕组、第一B相磁控绕组、第二B相磁控绕组、第一C相磁控绕组和第二C相磁控绕组都穿过铁芯开口，按照相同的匝数和绕向分别绕制于并联的磁阀上，第一A相磁控绕组的尾端与第二A相磁控绕组的尾端相连接，第一A相磁控绕组的首端与第二A相磁控绕组的首端引出，第一B相磁控绕组的尾端与第二B相磁控绕组的尾端相连接，第一B相磁控绕组的首端与第二B相磁控绕组的首端引出，第一C相磁控绕组的尾端与第二C相磁控绕组的尾端相连接,第一C相磁控绕组的首端与第二C相磁控绕组的首端引出。
所述A相交流主绕组、B相交流主绕组、C相交流主绕组在铁芯中产生交变主磁通，交变主磁通从每个铁芯柱的两个并联磁阀同向同量穿过；穿过并联磁阀的交变磁通分别在其所穿过的第一A相磁控绕组和第二A相磁控绕组上产生同幅同向的感应电动势，根据铁芯柱上第一A相磁控绕组和第二A相磁控绕组的绕制方向和连接方式，其感应电动势相互抵消，第一A相磁控绕组和第二A相磁控绕组的引出端间的感应电压为0；穿过并联磁阀的交变磁通分别在其所穿过的第一B相磁控绕组和第二B相磁控绕组上产生同幅同向的感应电动势，根据铁芯柱上第一B相磁控绕组和第二B相磁控绕组的绕制方向和连接方式，其感应电动势相互抵消，第一B相磁控绕组和第二B相磁控绕组的引出端间的感应电压为0；穿过并联磁阀的交变磁通分别在其所穿过的第一C相磁控绕组和第二C相磁控绕组上产生同幅同向的感应电动势，根据铁芯柱上第一C相磁控绕组和第二C相磁控绕组的绕制方向和连接方式，其感应电动势相互抵消，第一C相磁控绕组和第二C相磁控绕组的引出端间的感应电压为0。
绕制于同一铁芯柱并联磁阀的第一A相磁控绕组和第二A相磁控绕组引出端之间接直流电流源，绕制于同一铁芯柱并联磁阀的第一B相磁控绕组和第二B相磁控绕组引出端之间接直流电流源，绕制于同一铁芯柱并联磁阀的第一C相磁控绕组和第二C相磁控绕组引出端之间接直流电流源，通过调节电流大小，改变铁芯并联磁阀区域的静态磁密工作点，从而控制电抗器的电抗值；第一A相磁控绕组和第二A相磁控绕组在所绕并联磁阀上产生的直流磁通方向相反，第一B相磁控绕组和第二B相磁控绕组在所绕并联磁阀上产生的直流磁通方向相反，第一C相磁控绕组和第二C相磁控绕组在所绕并联磁阀上产生的直流磁通方向相反，并联磁阀构成了直流磁通回路，使得三个铁芯柱调磁回路相互独立。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）励磁容量小，因为并联磁阀与铁芯构成调磁回路，只需很小的调磁电流就可以达到电抗值调节的目标，本电抗器具有很小的励磁功率；
2）电抗值响应速度快，控制精度高，调节范围宽，本电抗器通过给磁控线圈施加较小的直流电流调节直流磁场，实现了电抗值的快速响应和精确控制；
3）经济性好，因为三个铁芯柱的调磁回路相互独立，所以三相磁控电抗器实现了三相三柱一体式的结构，相对于由三个单相组合而成的磁控电抗器，其制造成本大大的降低；
4）可靠性高，磁控线圈引出端间的交流磁通感应电压为0，避免了因为交流主磁通的耦合，而导致的电能在交流主线圈与磁控线圈的传递，提高了运行的可靠性；
5）每个调磁回路都是通过并联磁阀和铁芯闭合，所需调磁电流很小，系统运行效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施方式的三相三柱铁芯平面结构示意图；
图3为本发明实施方式的平面结构示意图；
图4为本发明实施方式B相交流主磁通在磁控线圈上产生感应电动势示意图；
图5为本发明实施方式B相磁控线圈通入励磁电流后调磁磁通流通示意图；
图6为本发明三相调磁线圈与励磁电源的连接方式及调磁区域示意图。
图中：11、三相三柱铁芯；21、A相交流主绕组；22、第一A相磁控绕组；23、第二A相磁控绕组；31、B相交流主绕组；32、第一B相磁控绕组；33、第二B相磁控绕组；41、C相交流主绕组；42、第一C相磁控绕组；43、第二C相磁控绕组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如说明书附图图1所示，本发明涉及的一种具有三相独立调磁回路的阀式电抗器采用三相三柱铁芯结构。
三相三柱铁芯平面结构如图2所示，在三相三柱铁芯的每个芯柱上开口，铁芯在开口位置的两侧形成并联磁阀，并联磁阀具有相同的截面积和磁路长度；具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器平面结构如图3所示，包括具有并联磁阀的三相三柱铁芯，A相交流主绕组，第一A相磁控绕组，第二A相磁控绕组，B相交流主绕组，第一B相磁控绕组，第二B相磁控绕组，C相交流主绕组，第一C相磁控绕组，第二C相磁控绕组组成；A相交流主绕组、B相交流主绕组、C相交流主绕组按照相同的绕向分别绕制于三相三柱铁芯的三个铁芯柱上；第一A相磁控绕组、第二A相磁控绕组、第一B相磁控绕组、第二B相磁控绕组、第一C相磁控绕组和第二C相磁控绕组都穿过铁芯开口，按照相同的匝数和绕向分别绕制于并联的磁阀上，第一A相磁控绕组的尾端与第二A相磁控绕组的尾端相连接，第一A相磁控绕组的首端ADC与第二A相磁控绕组的首端XDC引出，第一B相磁控绕组的尾端与第二B相磁控绕组的尾端相连接，第一B相磁控绕组的首端BDC与第二B相磁控绕组的首端YDC引出，第一C相磁控绕组的尾端与第二C相磁控绕组的尾端相连接,第一C相磁控绕组的首端CDC与第二C相磁控绕组的首端ZDC引出。
本发明涉及的一种具有三相独立调磁回路的阀式电抗器采用三相三柱铁芯结构，交流主磁通同时耦合了交流主绕组和磁控绕组，为了防止交流主绕组和磁控绕组间存在电能的传递，磁控绕组端的主磁通感应电压应该为0，以B相为例，图4为本发明实施方式B相交流主磁通在磁控线圈上产生感应电动势示意图，B相交流主绕组1的电流ib在B柱铁芯中产生交变主磁通Φb，交变主磁通Φb从两个并联磁阀同向同量（Φb1=Φb2=0.5Φb）穿过；穿过并联磁阀的交变磁通Φb1、Φb2分别在其所穿过的第一B相磁控绕组和第二B相磁控绕组上产生同幅同向的感应电动势eb1、eb2，根据第一B相磁控绕组和第二B相磁控绕组的绕制方向和连接方式，其感应电动势相互抵消，第一B相磁控绕组引出端BDC和第二B相磁控绕组引出端YDC间的感应电压为0（eb1-eb2=0）。A、B、C三相铁芯磁控绕组抑制感应电压的原理相同。
A、B、C三相铁芯柱具有相同的调磁机理，以B相为例，图5为本发明实施方式B相磁控线圈通入励磁电流后调磁磁通流通示意图，在第一B相磁控绕组引出端BDC和第二B相磁控绕组引出端YDC之间接直流电流源，通过调节电流IDC大小，改变铁芯并联磁阀区域的静态磁密工作点，从而控制电抗器的电抗值；第一B相磁控绕组与第二B相磁控绕组在所绕并联磁阀上产生的直流磁通ΦDC方向相反，所以并联磁阀构成了直流磁通回路，这使得三个铁芯柱调磁回路相互独立。
图6为本发明三相调磁线圈与励磁电源的连接方式及调磁区域示意图，进一步，根据三相电抗器电感值调节的精度要求，通过给磁控绕组施加不同的直流电流可以调节直流磁场，从而可以实现电抗器电感值的无级平滑调节，而且响应速度快，谐波含量小。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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，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。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (3)
1.一种具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器，其特征在于：包括具有并联磁阀的三相三柱铁芯（11），所述三相三柱铁芯（11）由A相交流主绕组（21）、第一A相磁控绕组（22）、第二A相磁控绕组（23）、B相交流主绕组（31）、第一B相磁控绕组（32）、第二B相磁控绕组（33）、C相交流主绕组（41）、第一C相磁控绕组（42）和第二C相磁控绕组（43）组成；所述的A相交流主绕组（21）、B相交流主绕组（31）、C相交流主绕组（41）按照相同的绕向分别绕制于三相三柱铁芯（11）的三个铁芯柱上，所述的三相三柱铁芯（11）的每个芯柱上开口，铁芯在开口位置的两侧形成并联磁阀，并联磁阀具有相同的截面积和磁路长度，第一A相磁控绕组（22）、第二A相磁控绕组（23）、第一B相磁控绕组（32）、第二B相磁控绕组（33）、第一C相磁控绕组（42）和第二C相磁控绕组（43）都穿过铁芯开口，按照相同的匝数和绕向分别绕制于并联的磁阀上，第一A相磁控绕组（22）的尾端与第二A相磁控绕组（23）的尾端相连接，第一A相磁控绕组（22）的首端与第二A相磁控绕组（23）的首端引出，第一B相磁控绕组（32）的尾端与第二B相磁控绕组（33）的尾端相连接，第一B相磁控绕组（32）的首端与第二B相磁控绕组（33）的首端引出，第一C相磁控绕组（42）的尾端与第二C相磁控绕组（43）的尾端相连接,第一C相磁控绕组（42）的首端与第二C相磁控绕组（43）的首端引出。
2.根据权利要求1所述具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器，其特征在于：所述A相交流主绕组（21）、B相交流主绕组（31）、C相交流主绕组（41）在铁芯中产生交变主磁通，交变主磁通从每个铁芯柱的两个并联磁阀同向同量穿过；穿过并联磁阀的交变磁通分别在其所穿过的第一A相磁控绕组（22）和第二A相磁控绕组（23）上产生同幅同向的感应电动势，根据铁芯柱上第一A相磁控绕组（22）和第二A相磁控绕组（23）的绕制方向和连接方式，其感应电动势相互抵消，第一A相磁控绕组（22）和第二A相磁控绕组（23）的引出端间的感应电压为0；穿过并联磁阀的交变磁通分别在其所穿过的第一B相磁控绕组（32）和第二B相磁控绕组（33）上产生同幅同向的感应电动势，根据铁芯柱上第一B相磁控绕组（32）和第二B相磁控绕组（33）的绕制方向和连接方式，其感应电动势相互抵消，第一B相磁控绕组（32）和第二B相磁控绕组（33）的引出端间的感应电压为0；穿过并联磁阀的交变磁通分别在其所穿过的第一C相磁控绕组（42）和第二C相磁控绕组（43）上产生同幅同向的感应电动势，根据铁芯柱上第一C相磁控绕组（42）和第二C相磁控绕组（43）的绕制方向和连接方式，其感应电动势相互抵消，第一C相磁控绕组（42）和第二C相磁控绕组（43）的引出端间的感应电压为0。
3.根据权利要求1所述具有三相独立调磁回路的三相三柱并联磁阀式电抗器，其特征在于：绕制于同一铁芯柱并联磁阀的第一A相磁控绕组（22）和第二A相磁控绕组（23）引出端之间接直流电流源，绕制于同一铁芯柱并联磁阀的第一B相磁控绕组（32）和第二B相磁控绕组（33）引出端之间接直流电流源，绕制于同一铁芯柱并联磁阀的第一C相磁控绕组（42）和第二C相磁控绕组（43）引出端之间接直流电流源，通过调节电流大小，改变铁芯并联磁阀区域的静态磁密工作点，从而控制电抗器的电抗值；第一A相磁控绕组（22）和第二A相磁控绕组（23）在所绕并联磁阀上产生的直流磁通方向相反，第一B相磁控绕组（32）和第二B相磁控绕组（33）在所绕并联磁阀上产生的直流磁通方向相反，第一C相磁控绕组（42）和第二C相磁控绕组（43）在所绕并联磁阀上产生的直流磁通方向相反，并联磁阀构成了直流磁通回路，使得三个铁芯柱调磁回路相互独立。
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