CN1279816A - 高功率静态电磁装置的磁通控制 - Google Patents

Abstract

一种带可变电感的高功率静态电磁装置,其磁路包含一个磁通定向区。一个主绕组和至少一个控制绕组围绕着该磁通定向区的各个部份。一个与控制绕组相连的控制装置用来改变磁通的分布。绕组是由导磁的、场限制绝缘电缆组成的。

Description

高功率静态电磁装置的磁通控制

本发明涉及可控高压静态电磁装置，特别是高压变压器，电抗器，电感，或调节器。

所有的电能传输和分配中都要用到各种静态感应装置，如变压器，电抗器，调节器等，其作用是让两个或多个电力系统之内和相应之间交换式控制电能。变压器无论在理论上还是实践上都是现有最经典的电气产品，已有百多年的历史。变压器的功率范围从几VA到1000MVA都有。就电压范围而言，从很低一直到今天用到的最高传输电压都有。

变压器，电抗器和调节器这类静态感应装置电气产品是大家都很熟悉，也比较容易理解的。电能的转换是靠电磁感应来实现的。有大量的教科书，专利和文章描述这类装置的元件和子系统(如绕组，磁芯、槽，附件和冷却系统)的理论，运转，计算，制造，使用及使用寿命等等问题。

本发明所涉及的是一类所谓的高功率型感应装置，其额定功率范围以几百KVA至1000MVA以上，预定电压范围从3-4KV直至非常高的传输电压，如400KV至800KV甚至更高。

虽然构成本发明的基础的概念适用于包括电抗器在内的各种感应装置，但下面我们主要是描述电力变压器。众所周知，这儿所涉及的装置可以设计成单相和三相的系统。另外，有空气绝缘和油绝缘的，自冷的，油冷的，等等。虽然装置可以有一个或多个绕组(每相)且可设计成带铁芯或不带铁芯的，但上面谈到的基础在很大程度上是针对带具有可变高磁阻区铁芯的装置。

本发明还将更具体地谈到一种可控制的电感，由它可以改变至少一条路径的磁阻面使不同的磁通路径的磁力线重新分配，本发明把电抗器看作一个具有可变电感的串联或并联元件。

在上面提到的一些专利申请中已经对一般的变压器和电抗器进行过广泛的描述，因此除非必需就不在这里重复了。

描述普通(特别是电力)变压器的读物可见J和P变压器丛书，电力变压器的实用技术(A．C．Franklin和D．P．Franklin著，Butterworths出版，第11版，1990年)。

关于绕组的现有内部电绝缘问题可参见“变压器交换台：大功率变压器中变压器交换台的应用”一书(H．Moser著，H．Weidman AG出版，CH-8640 Rapperswil)。

从纯粹的总概念来说，电力变压器的主要任务是在两个或更多的电力系统中进行通常是同一频率下不同电压的交换。

图8a所示的普通铁芯型电力变压器包含一个通常是由硅钢片叠合而成的铁芯。铁芯由几个带腿的芯柱组成，芯柱由磁轭或臂连在一起，共同形成一个或几个铁心窗。带这种铁芯的变压器一般称为铁芯型变压器。有一些绕组绕在铁芯柱子上，它们一般称为初级，次级80抽头绕组。在电力变压器中，这些绕组实际上总是同心排列的，且沿着铁芯柱的长度分布。铁芯型变压器一般都是圆形线圈，其芯柱截面为锥形，以尽可能有效地充满窗口。

除铁芯型变压器外，还有如图8B所示的壳型变压器。它们常设计成矩形线圈和矩形截面的铁芯柱。电抗器的结构与此相似，但可能没有次级线圈。

普通低电压范围的感应控制调节器采用带彼此间有旋转或位移的线圈的电感器，可参见如下面的文献：交流电技术，第二卷，“变压器”，德国柏林，1936年，586-598页，“旋转变压器和有可动铁心的调压变压器”。这种技术中还牵涉到机械运动。另外，不可能以合理的成本在高电压下进行这种感应控制。绝缘的结构也会对设计提出严格的限制。

从美国专利US 4，206，434我们知道有另一种方法，其中感应控制调压器不同腿之间的磁力线是通过可变的直流磁化来实现重新分配的。为此需要有一个可变的直流电源。

因此，高电压的控制主要是靠电力变压器来实现的，这需要把一个或几个绕组绕在变压器铁芯的一条或几条腿上。绕组可以有一些抽头，使变压器能提供不同大小的电压。现有的用在电压中继线中的电力变压器和配电变压器包括一些调节电压的抽头变换器。它们在机械结构上很复杂，而且还会产生机械磨损及由触点间放电引起的电物理腐蚀。电压的调节只能是分步进行。因此不同抽头的连接需要采用阶梯状的调节方式和可动的接触点。在高压控制中，含有可动装置且不能进行无级的连续电压调节可能是不方便的。

本发明提供一种高功率静态电磁装置，其额定功率从几百KVA至1000MVA以上，额定电压从3-4KV至非常高的传输电压，如400KV至800KV甚至更高，同时没有以前的电力变压器／电抗器所有的一些缺点、问题的限制。本发明是基于这样一种事实，即单独对装置中的磁通路径进行控制可以实现迄今尚不可能的广泛的控制功能。

在本发明的一个特殊实施例中，一个变压器采用一个或多个绕组，包括一个主绕组和一个与其在动作上相关的控制绕组。当激励或加载适当时，控制绕组可控制装置内的磁通分布。至少有一个绕组是由一个或多个被导磁的、限制电场的绝缘外壳所包围的载流导体构成。

在一个特定的实施例中，这个外壳是一个固态绝缘体，它外面被部分导电或是有半导体特性的等位外、内层所包围。电导体就处在这个内层之内。因此电场被限制在绕组以内。按照本发明，电导体安置成能与内半导体层导电接触。这将使固态绝缘体最内部分与环绕它的内半导体之间沿导体长度的边界层内不会产生有害的电位差。

按照本发明的一个特定实施例的装置可以加上可变阻抗负载，后者又反过来控制装置中的磁通路径。通过改变变压器铁芯一个或多个腿中的磁通，可以实现各种电压输出而不需要进行分段式控制。在电抗器中，控制铁芯中的磁通就可以得到可变的电抗器。在调节器中可以实现电压控制。

在本发明的另一个实施例中，可用有源装置，例如与控制绕组相耦合的适当的信号源，对磁通进行幅度、相位或频率调制。

在一个特定实施例中，至少有一个绕组可以在至少一个磁通路径中加上可变阻抗，或者磁路的铁心可以有一个低导磁率(高磁阻)的区域，例如空气隙。改变控制绕组的阻抗就可以改变铁心中的磁通。在这个特定的实施例中，阻抗改变是通过可变电容器来实现的。其结果是，磁通可以在磁路的不同铁心之间重新分配，而且装置的电感以及围绕铁心的绕组内的感应电压都成为可控的。这个原理可以用于许多不同的几何结构中，与装置的类别，相数，或其它特点有关。

在绕组上加一个阻抗而得到负磁阻的专门理论大体上可从下面的理想化方程得到解析。加上阻抗负载的绕组形成一个可变磁阻Rc=n²ω²Z。绕组的匝数n和阻抗Z(R，L，1／C)调节可选择得与磁阻R₁=L／Aμ₁μ₀相当，式中L是磁通路径的长度，A是铁心的横截面积，μ₁是磁通路径的导磁率，μ₀是空气的导磁率。

磁通φ在铁心各条腿上的分布，以及绕在这些腿上的绕组的电压，将随着阻抗的变化而改变。

根据所用调节类型的不同，可以进行连续的或小步距的调节，与接入电路中的阻抗有关。根据匝数和磁阻的关系，我们可以在选择低匝数时选用低电压，大电流和高阻抗，或选择高匝数时选用高电压，小电流和低阻抗，视哪一种可变阻抗最容易实现而定。若采用这儿所述的电缆，可以把阻抗安置在装置的外壳里面，因为这时绕组是不带电压的。

本发明部分是基于下述事实：各半导体层在热膨胀系数和固态绝缘方面具有相似的特性。按照本发明，可将各半导体层与固态绝缘体做成一体，以使这些层和紧接在一起的绝缘体具有相似的热特性，从而接触良好，而与不同负载下线路中产生的温度变化无关。绝缘层和半导体层在有温度梯度的情况下形成整体的传导体，因而不会由于绝缘体和外围各层中不同的温度膨胀而导致产生各种缺陷。

由于围绕绝缘体的半导体部件构成等位面，故绝缘体中的电场将沿其厚度几乎均匀分布，材料中的电负荷也因此而降低了。

特别是，外半导体层所具有的电特性能保证沿导体的电位相同。但是，半导体层不具有因感应电流而引起不希望的热负载的传导特性。此外，半导体层的传导特性足以保证能形成一个等位面。因而半导体层的典型电阻率(ρ)一般具有一个最小值Pmin=1Ωcm和一个最大值ρmax=100Ωcm，而且半导体层在电缆轴向方向每单位长度的电阻，一般具有一个最小值Rmin=50Ω／m，和一个最大值Rmnax=50MΩ／m。

内半导体层具有足够的电导率以便起一个等位面的作用，并与内层以外的电场相平衡。在这方面，内层具有平衡导体表面上任何不规则性的特性，而且在与固态绝缘体交界的层面上形成一个具有高表面光洁度的等位面。该层还照样可以是厚度有变化，但与导体和固态绝缘体是高低均匀的，其厚度一般在0．5至1mm之间。不过这层没有象它对感应电压所提供的那么高的电导率。内半导体层的典型电导率为ρmin=10^-6Ωcm，电阻Rmin=50μΩ／m，其最大值ρmax=kΩcm，Rmax=5MΩ／m。

在本发明的一个实施例中，变压器是作为与可变磁漏电感(或电抗)相串联的元件而工作的。这种变压器可以通过重新分配与初级和次级相连的电力网之间的有功或电抗作用来控制功率通量。它还能限制短路的发生，并提供良好的过渡期稳定性。该变压器还能减轻功率振荡，并提供良好的电压稳定性。这类装置对于传输电力网的计划人员和操作人员极其有用，特别是在那些电力供应不稳定的国家。由于电力不稳，一般要归电力产品与传输服务分成单独的实体。因而原先存在于发电厂和电力输送部门之间的联系不再有了。这样，工厂的工作人员可能宣布将发电厂关闭一个短时间(从硬件的角度看是这样)，而输电工作人员和计划人员面临可能影响系统动力特性的与功率通量模式有关的严重问题。因此本发明可以提供一个具有对各组成部分进行控制的灵活的交流输电系统，以控制功率通量。在本特定实施例中，对功率通量的控制是在一个部件中进行的，这通常是用于其它的目的。所以，本发明可以在不增加多少成本的情况下作两种用途。

按照本发明的另一个实施例，一个电抗器是作为具有可变电感(电抗)的串联或并联元件来工作的。在主电力线路中不需要有功率电子设备。因而损耗很低。此外，控制设备一般是低压设备，因此既简单又较经济。这种装置也避开了产生谐波的问题。作为一个并联元件，可变电抗器可以进行快速变化的无功功率补偿。作为一个串联元件，按照本发明的可变电抗器可以通过线路间有功或无功效应的再分配来进行功率通量控制。电抗器可以限制短路电流，提供瞬态稳定性，减轻功率振荡，并提供电压稳定性。这些特征对于灵活的交流输电系统也很重要。

以前的调压器的一些缺陷可以用本发明的感应控制调压器来克服，这种调压器的磁路至少包含一个具有低磁导率区的可磁化的调整铁芯，而且至少还有一个绕组绕在该调整铁芯上，该绕组则与一个可变阻抗或电弧控制元件相连接。把至少一个以可变电容为负载的绕组安放在磁通路径上具有低磁导率区域的至少一个磁通路径或铁芯上，可以通过改变电容来改变铁芯的磁阻。这样可使磁通在磁路各铁芯间重新分配，从而改变绕在这些铁芯上的绕组两端的感应电压及绕组电感。

现在将参照附图来对本发明进行描述，这些附图中：

图1为普通感应装置如电力变压器或电抗器绕组附近的电场分布；

图2为本发明一个高功率感应装置中一根电缆绕组的例子；

图3是本发明一个电力变压器的实施例；

图4A是本发明的一个控制变压器的示意图；

图4B是本发明的一个电抗器的示意图；

图5A-5C是按本发明另一个实施例的一种调压器的示意图；

图6是本发明一个受控电抗器的示意图；

图7是根据本发明的一种具有不同磁通路径的三相变压器示意图；

图8A和8B为现有的壳式和铁芯型变压器的示例。

图1是一个普通电力变压器／电抗器绕组附近的简化但是基本的电场分布示意图，其中1是绕组，2是铁芯，3是等位线，即电位值相等的线。假定绕组的下部处在地电位。

电位分布决定了绝缘系统的构成，因为在绕组相邻各匝之间及每一匝和地之间都需要有足够的绝缘。图1表明绕组的上部受到最高的介电应力作用。一个绕组相对于铁芯的结构和位置主要是由铁芯窗口中的电场分布决定的。

图2是一条可用于本发明的高功率感应装置绕组中电缆的例子。此电缆4包含至少一个由一些多芯电缆5A组成的导体5及包在导体外面的芯子6。芯子包括一个环绕多芯电缆的内半导体层6A。这个内半导体层外面是用固态绝缘体做的电缆主绝缘层7，它外面是一个外半导体层6B。电缆还可以为了特殊目的加上其它的附加层，例如为了防止在变压器／电抗器的其它区域出现过高的电应力。从几何尺度方面而言，这种电缆一般的导体面积在30至3000mm²之间，电缆外径在20至250mm之间。

采用上述电缆4制成的绕组可以用于单相，三相和多相装置中，而与芯子做成什么形状无关。图3是一个三相叠片状铁芯变压器的例子。按通常的方式，铁芯由三个铁芯柱9，10及11及连接磁轭式臂12和13组成。在此例中，铁芯柱和磁轭的横截面都是锥形。

用电缆4做的绕组是处在绕铁芯柱同心的位置。很显然，图3的实例中有三个同心绕组匝14，15，16。最内层的绕组匝14可能代表初级绕组，而其它两个绕组匝15和16代表次级绕组。为不使图太复杂，图上没有标出绕组的连线。但图中画出了几个位于绕组某些点上的隔条17和18，这是为了使绕组结构稳定等目的而设置的。隔条可以用导磁材料或绝缘材料来做，它们给各同心绕组匝之间提供一定的空间用于冷却。这些隔条也可用导电材料来做，以构成接地和绕组磁路的一部分。

图4A是按本发明的一个高功率感应装置--一个单相铁芯型变压器30。变压器30包括一个铁芯32，由几条腿34，36和38及上、下臂40和42组成。铁芯32可用带孔或窗41和43的叠片制成。另外，变压器30也可以是壳式或空气芯型。

为形成一个铁芯型变压器，将初级绕组44绕在腿34上。可按类似的方式将次级绕组46与初级绕组44同心地绕在腿34或另一条腿上面。需要的话，可将与初级绕组串联的次级抽头绕组48绕在腿38上。

在上、下臂40和42之间的窗口内可以放一个隔条50。此隔条50可以是一个软铁条，或者与叠片做成一体，以给铁心提供支撑，也可以提供一条磁通路径(下面会谈到)。

如图所示，可将第一控制绕组56绕在腿36上，而将第二控制绕组58浇在腿38上。第一控制装置60与第一控制绕组56相连，第二控制装置62与第二控制绕组58相连。控制装置可包括有功和无功元件，如一个或多个固定或可变电容，电感，电阻，电流或电压源，或有源滤波器61A-61E。同样，控制装置62可包含一个或多个此类元件62A-E。

按照本发明，腿心36，38和隔条50根据需要可以有一个具有高磁阻间隙的区域66，68和70。这个区域可以是一个空气隙或一个非磁垫块。此间隙足以对磁通在很宽的动态范围内实行控制，其尺寸一般在数mm至100mm。控制绕组56和58用来使流过铁心的磁通分布产生变化。同样，控制绕组71可用来控制垫块70中的磁通分布。

在普通变压器中，初级绕组在铁心内产生一个相应的磁通φ。在一个只有两个铁心腿的简单变压器中，磁通构成一个连续环路或具有间隙的环形磁路。在图4A所示的装置中，磁通φ1被分成分别通过相应铁心腿36和38的两路φ2和φ3。

在图4A所示装置中，初级绕组有N1匝，次级有N2匝，抽头有N3匝。在简单变压器中，初级电压V1除以其匝数N1等于次级电压V2除以其匝数N2。因而电压比V1／V2等于匝数之比N1／N2，这是大家都熟知的一个关系式。在图4A中，此关系式在铁心38内的磁通φ3=0时成立。但若我们假定φ3为其最大值，则次级绕组48的匝数N3要加到初级的匝数N1上(因为两者是串联的)，于是上述关系式变成V1／V2=(N1+N3)／N2，即输出电压要增加。因此根据本发明，可以改变铁心32各条腿36和38内的磁通分布，以改变初级和次级之间的电压关系。虽然可以在66，68提供一个空气隙并用机械方法改变空气隙的大小，但这并不是一个经济的方法。因而加上了控制绕组56和58。如果控制绕组58的负载是可变容性电抗(如图中的62A)，则可改变电容来使磁通路径φ3闭合，使得初级与次级之间的电压关系是一个简单的匝数比N1／N2。也可以选择电容使得磁通φ3不被扼制或部分被扼制。另一方面，若控制绕组56的负载足可变容性电抗61A，则同样磁通路径φ2可以完全闭合，初级与次级阀的电压比将等于初级加上抽头绕组的匝数除以次级匝数(N1+N3)／N2。电容负载的比例将决定最终的电压比值。

因此，我们在一个可变变压器中加上一个控制绕组，通过改变每条铁心腿内的磁通来改变变压器的输出。可以采用不同类型的可变阻抗。例如，若采用可变电感器，则磁阻反比于电感量。因而高的感性负载将在腿中产生相应的高磁通分布。若用高电阻作为控制绕组的负载，在腿中的磁通分布也高。若将控制绕组短路，则效果和导电环绕着铁心腿类似，即将磁通闭合。还可以提供各种固定和可变、有功和无功负载的组合。此外，也可以用有源元件(如有源滤波器)来提供负载或激励。这种滤波器可以是编程控制的。

还可以给控制绕组56提供一个可变功率源如电压源或电流源61D，以便在绕组上产生一个输入信号，用来调制腿36中的磁通φ2。这种调制可以是幅度调制，相位调制和频率调制。对控制绕组58可作类似的安排。也可以给控制绕组61提供一个例如61E的有源滤波器元件，以改变控制绕组的特性，并因此而调制变压器的输出。

如上所述，隔条50是使结构规定和作支撑之用，并提供一个磁通定向路径，以便当初级或次级绕组出故障时引导变压器内的磁通走向。发生故障时，通过隔条50的补偿气隙或磁阻70提供了一个磁通路径，以增加变压器的阻抗至一个安全值，从而避免灾难性的损毁。通过这个补偿磁阻70的磁通，如有需要可用这儿所述的控制电路来改变。同样，一个或多个隔条17(见图3)可用作另外一些可以控制的磁通路径。这种结构为高功率变压器提供了迄今所没有的附加自由度。

按照本发明，高功率变压器是利用如图2所示的高压电缆4来制造的。这种电缆可以在很高的功率下工作而不需对场进行控制，也没有局部放电。因此本发明既可用于可变变压器，也可用于高功率变压器，这在以前是不可能的。

图4B是按本发明的一个高功率电抗器130。除了没有次级绕组外，这个电抗器130与图4A的变压器30是相似的。故为方便起见，将电抗器130中相似的元件以100号的数字序列来标示。在所示装置中，初级绕组144与次级抽头绕组148相串联。因此电抗器是由一对互相串联的电感器组成的。

通过改变铁心132内的磁通分布，可以使线路的电感也发生变化。例如，当腿136内的磁通φ2最大时，电感量达到最大值。这可以在控制绕组156两端加上高电容性负载来让它短路而得以实现。同样，当路径φ3的磁通通过增加可变磁阻168而减小时，线路的电感量变小。

图4B所示的电抗器同样也可以用图2的电缆来制造，以提供高功率所需的特性。

图4A和4B的装置是单相系统。但同样的方式也一样可用于三相装置，以充分利用三相运行的优点。

按本发明的另一个实施例，变压器或无源铁心200的一部分如图5A所示。铁心200有一个主磁通202和一个包含两个或以上的磁通路径的磁路，或者腿202和204。图5A中的一条腿202有一个主绕组203。与202相平行的是一个可磁化的调节或控制腿204，它具有一个低磁导率的区域205。区域205可以是一个空气隙，多个隙，在铁心内和空腔，或固态材料填充物，其磁导率μ1比铁心材料低，也可以是其它适当的结构。

调节腿204被一个与可变电容器208相连的附加绕组206所包围。按本发明，用一个以电容作负载的绕组可以产生负磁阻。因此，通过改变电容器208的电容可以控制或调节主绕组203的输出电压V1。

本发明的另一个实施例示于图5B，其中带主绕组203的主腿201下行分成两个子腿202和204。子腿之一202相当于上面所述的控制腿204，且包含一个低磁导率区205A一个与可变电容器208相连的控制绕组。

主绕组203的输出电压可以通过与主绕组203串联的子绕组212和214向外输出。子绕组212和214分别绕在子腿202和204上。它们的绕组彼此相反。因此子绕组运行时，一个子绕组内的磁通增加另一个就降低。所以子绕组212和214相对主绕组203得到同样的电压。这样一来，电压调节或控制的范围大一倍。

图5C是图5B装置的一种变型，其中子腿212和214包含低磁导率的区域222和224。控制绕组206和210分别与单独的可变电容器208和209相连。采用两个控制腿可以增加调节范围。

可以把本发明用于图6所示的单相感应线圈240，它在铁心246上有一个主绕组242和一个控制绕组244，还可以有一个空气隙或导磁区248。铁心246内的磁通φ可如上所述在控制绕组上加一个负载或控制信号来改变，还可将这种装置用于多相电抗器、调压器、多相感应控制调压器一类的带负载抽头变换器，自耦变压器和升压变压器，以及任何需要可变高压电感的应用中。

图7是本发明的又一种实施例，其中三相变压器310的主绕组312和控制绕组314绕在铁心316上。腿318和磁轭302内的各种磁通路径以虚线表示。按本发明，可将控制绕组绕在每个腿318或每个磁轭320上。如上所述，可以有一个空气隙或高导磁性的区域322。另外，也可以在图7的装置中按上述加一些隔条。这些隔条也可以加上空气隙或高导磁区，且通过其中的磁通可以由一个阻抗或有源控制绕组来控制。这些绕组可以串联或并联成磁通定向路径。

上面所述只是本发明的一些典型实施例，很显然业内人士可以作各种各样的变化和改进而不致偏离本发明，后附的权利要求书覆盖了这些变化和改进，它们都不超出本发明的真实意图和范围。

Claims (54)

1．一种静态高功率电磁装置，包括：

至少一个通电时产生磁通的主绕组，它至少包含一个载流导体及一个围绕此导体的导磁的，限制电场的绝缘外壳；

至少一个与主绕组的工作相联系的控制绕组；

一个磁通定向区；以及

与控制绕组相连的控制装置，用来改变磁通定向区的磁通。

2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，外壳至少包括一个围绕导磁的固态绝缘层，和至少一个围绕导体的局部导电层。

3．如权利要求1所述的装置，其特征在于，磁通定向区是可磁化的，且其工作与主绕组和控制绕组有关。

4．如权利要求1所述的装置，其特征在于，工作与主绕组和控制绕组相关的可磁化磁通定向区至少包含一个壳或铁心。

5．如权利要求1所述的装置，其特征在于，在与主绕组和控制绕组中至少一个有工作联系的磁通定向区域内，还包含一个较高磁阻的区域。

6．如权利要求1所述的装置，其特征在于，主绕组和控制绕组的关系是并联或串联。

7．如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括一个磁回路，它至少有一个串联或并联路径，且控制绕组是位于此串联或并联路径内。

8．如权利要求1所述的装置，其特征在于，控制装置至少包含一个有功或无功阻抗。

9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，阻抗是一个无功阻抗。

10．如权利要求8所述的装置，其特征在于，阻抗是一个有功阻抗，包括至少一个开路或短路电路，或一个电阻，它们的工作与控制绕组有关。

11．如权利要求1所述的装置，其特征在于，绕组是一个柔性电缆。

12．如权利要求1所述的装置，其特征在于，外壳包含一个围绕导体的具有半导体特性的内层；一个围绕内层的固态绝缘层；以及一个围绕绝缘层的具有半导体特性的外层。

13．如权利要求12所述的装置，其特征在于，内层与导体有电连接且与导体处于同一电位。

14．如权利要求12所述的装置，其特征在于，外层是一个环绕绝缘层的等位面。

15．如权利要求12所述的装置，其特征在于，外层可连到至少一个可选择的电位上。

16．如权利要求15所述的装置，其特征在于，可选择的电位是地电位。

17．如权利要求12所述的装置，其特征在于，至少有一个半导体层与绝缘层具有相同的热膨胀系数。

18．如权利要求12所述的装置，其特征在于，外壳几乎是密实的。

19．如权利要求12所述的装置，其特征在于，每个半导体层有一个接触面，它与相应的绝缘层表面处于相对的位置，且所有的接触面都连在一起。

20．如权利要求12所述的装置，其特征在于，第一层和第二层是由聚合物材料制成的。

21．如权利要求1所述的装置，其特征在于，绕组是由一条传输线组成的。

22．如权利要求1所述的装置，其特征在于，电缆是用一个面积在30至300mm²的导线加工而成，其外径在20至250mm之间。

23．如权利要求1所述的装置，其特征在于，固态绝缘体是用聚合物材料制造的。

24．如权利要求1所述的装置，其特征在于，固态绝缘体包含一个突起。

25．如权利要求2所述的装置，其特征在于，载流导体包含一些彼此绝缘的多芯电缆和一些不绝缘的多芯电缆，以保证与半导体层的电接触。

26．如权利要求2所述的装置，其特征在于，至少有一个导体的多芯电缆是不绝缘的，且安置得能与半导体层电接触。

27．如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括至少两个在电上分开的同心绕制的绕组。

28．如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括至少与两个电压电平相连的至少一个电力变压器或电抗器。

29．如权利要求1所述的装置，其特征在于，绕组包括电力电缆接头。

30．如权利要求1所述的装置，其特征在于，绕组的设计电压超过至少10KV，36KV，72．5KV，400KV及800KV。

31．如权利要求1所述的装置，其特征在于，绕组的设计功率范围至少在0．5MVA以上或30MVA以上。

32．如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括由液体或气体构成的处于地电位冷却装置。

33．一种生产如权利要求1所述装置的方法，包括在现场穿绕电缆这一步骤。

34．如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括一个低导磁率的区域，由至少一个空气隙或导磁元件或低导磁率的固态材料插入物组成。

35．如权利要求34所述的装置，其特征在于，低导磁率区由导电元件内的空腔构成。

36．如权利要求1所述的装置，其特征在于，包含一个铁心，由一个分成两个小腿的主腿组成，其中至少一个子腿构成控制绕组的控制腿。

37．如权利要求1所述的装置，其特征在于，包含一个铁心，由一个分成两个小腿的主腿组成，每个小腿构成每个控制绕组的控制腿。

38．如权利要求37所述的装置，其特征在于，主绕组由两个彼此串联的子绕组构成，每个子绕组绕在属于它的小腿上。

39．如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置是一个多相变压器，它在每相中每一个控制腿，以便对每相进行独立调节。

40．如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置是一个多相变压器，在每相中有一个控制腿，各控制腿的控制绕组连在一起以进行联合调节。

41．如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置至少包括一个自耦变压器或升压变压器。

42．一个高功率可变电感装置，包括：

一个由磁通路轻和磁通定向区组成的磁回路；

一个围绕磁通路径的主绕组；

至少一个围绕磁通路径的控制绕组；以及

与通电就可工作的控制绕组相连的控制装置，以便有选择地改变磁通定向区内的磁通。

43．如权利要求42所述的装置，其特征在于，磁通定向区至少包含一个隔条，用来稳定至少一个绕组。

44．如权利要求43所述的装置，其特征在于，隔条有一个低导磁率的区域。

45．如权利要求42所述的装置，其特征在于，控制装置包含一个阻抗。

46．如权利要求45所述的装置，其特征在于，阻抗至少包括一个无功阻抗或有功阻抗。

47．如权利要求46所述的装置，其特征在于，无功阻抗至少包括一个容性负载或感性负载。

48．如权利要求46所述的装置，其特征在于，阻抗是可变的。

49．如权利要求42所述的装置，其特征在于，控制至少包括一个有源或无源滤波器。

50．如权利要求42所述的装置，其特征在于，控制包括一个功率源，由改变磁通定向区磁通的振幅、频率和相位中的一个的装置组成。

51．一个高功率可变电感装置，包括：

一个由磁通路径和其中的磁通定向区组成的磁回路，可有选择地改变磁通定向特性；

至少一个与磁通路径有关的主绕组；

至少一个围绕磁通路径的控制绕组；及

与通电即可工作的控制绕组相连的控制装置，以有选择性地改变磁通定向区内的磁通定向特性。

52．如权利要求51所述的装置，其特征在于，至少一个绕组包括一个载流导体和导磁的场限制绝缘外壳。

53．如权利要求51所述的装置，其特征在于，磁通定向区包括用来支撑绕组的隔条装置，且控制绕组与隔条装置有一定的工作关系。

54．如权利要求51所述的装置，其特征在于，控制装置包括一个功率源，用来产生对控制绕组的振幅，相位和频率调制中至少一项调制。

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