CN201213091Y - 磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其结构是由铁芯和绕组组成，铁芯芯柱截面由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯交错排列组成并联磁路，通过不饱和区域铁芯吸收饱和区域铁芯的漏磁通形成自屏蔽，铁芯外套装绕组，绕组是由(L1)－(L6)组成，其中(L1)和(L5)线头并接，(L4)和(L6)线尾并接，(L1)、(L2)的中间接点接可控硅(T1)的阳极形成整流电路，(L3)、(L4)的中间接点接可控硅的阳极形成整流电路，(L2)的尾端、(L6)的首端、(L3)的首端、(L5)的尾端并接续流二极管的阳极，可控硅的阴极与续流二极管的负极并接。使用本实用新型的电抗器可使铁芯的损耗、噪声、谐波含量大幅度降低，具有高可靠性、成本低和易于加工的优点。

Description

磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器

技术领域

本实用新型涉及一种可控电抗器，具体是磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，属于电网和输变电设备节能控制领域。

背景技术

随着超高压大电网的形成和城市电网中电缆线路剧增，电网中的无功功率变化和电压波动等问题日益突出，实施无功功率动态平衡和电压波动的动态抑制、加强电网谐波治理、抑制超高压输电长线路末端电压升高和减少线路单相接地时的潜供电流、消除发电机自励磁等措施，对电网的安全经济运行、促进电网节能，具有重要意义。随着电网中冲击性负荷(如电弧炉、电解铝、轧钢、电气化铁路、城市地铁、煤矿提升设备等)逐渐增多，电力电子技术和装置在电网中的广泛应用，动态无功补偿和滤波装置对可控电抗器的安全可靠性等技术经济指标，提出了更高的要求。

目前，可控电抗器主要有以下几种类型：调匝式、调气隙式、晶闸管控制电抗器式(TCR)、高短路阻抗变压器式(TCT)和磁饱和式等，它们各有自己的优缺点。

调匝式可控电抗器是通过断路器或接触器投切抽头，改变匝数实现电抗可调，这种调节简单易行但达不到连续可调。调气隙式可控电抗器是通过精密机械传动方式，连续改变磁路中气隙的长度，实现电抗的连续可调，存在着响应速度慢、噪声大、易发生机械失灵等问题。晶闸管控制电抗器式可控电抗器是通过控制晶闸管的导通角和导通时间，以控制流过电抗器电流的大小和相位，实现了对电抗器容量的连续快速可调，在冶金行业应用广泛；由于单只晶闸管耐压水平较低，该类型可控电抗器应用到6kV以上电网中，需要用很多只晶闸管串联，在多只晶闸管同步触发和均压、控制维护等方面难度大，可靠性有待提高；该装置占地面积大，晶闸管发热量大需要辅助冷却设备，自身产生的谐波量大需要配备专用滤波设备，成本高价格昂贵。高短路阻抗变压器式可控电抗器是将变压器和电抗器设计为一体，将变压器的短路阻抗设计为100％，再在变压器的低压侧接入晶闸管进行调节，实现对感性无功功率的连续或有级控制；该类型可控电抗器可满足高电压、大容量、连续可调的要求，存在着变压器漏磁面积非常大造成效率低、结构和制造工艺复杂、成本高等不足，应用较少。磁饱和式可控电抗器是采用直流助磁原理，通过调节控制绕组中的励磁电流来控制铁芯的饱和程度以实现电抗的连续可调，结构型式有磁阀式和裂芯式；与TCR对比，磁饱和式可控电抗器具有晶闸管控制电压低、可靠性高、占地面积小、免维护、谐波小、制造和维护成本低、抑制过电压能力强等优点；也存在着铁芯的硅钢片长期工作在过饱和区域，铁芯损耗大、温升高、噪声大、铁芯截面利用率低、结构和加工工艺十分复杂等问题，致使磁饱和式可控电抗器这项先进可靠的技术，长期以来未能在电网中广泛的推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种结构可靠、损耗小、噪声低、铁芯截面充分利用、制造成本低、能够可靠地应用于超/特高压电网的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器。

本实用新型的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其结构是由铁芯和绕组组成，铁芯芯柱截面由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯交错排列组成并联磁路，通过不饱和区域铁芯吸收饱和区域铁芯的漏磁通形成自屏蔽，铁芯外套装绕组，绕组是由L1-L6组成，其中L1和L5线头并接，L4和L6线尾并接，L1、L2的中间接点接可控硅4的阳极形成整流电路，L3、L4的中间接点接可控硅的阳极形成整流电路，L2的尾端、L6的首端、L3的首端、L5的尾端并接续流二极管的负极，可控硅的阴极与续流二极管的正极并接。

绕组还可以是由3个独立的绕组L1-L3组成，其中L2的两端并接可控硅组成整流电路，两只可控硅的阴极阳极相互并接L2首端，可控硅的阴极阳极相互并接的另一端与绕组L2的末端接外接电源，L3的两端接一滤波保护回路，铁芯芯柱的主磁通经过上下铁轭闭合形成磁回路。

本实用新型的优异效果是其饱和区域铁芯的漏磁通由主磁通方向前后相邻或左右相邻的不饱和区域铁芯吸收而形成自屏蔽，使铁芯的损耗、噪声、谐波含量大幅度降低，不需要采用单独的磁屏蔽装置或者在金属结构件上附设磁屏蔽结构，工艺简单，能够大幅度减少铁芯硅钢片的用量。

附图说明

图1是不同磁阻铁芯芯柱的磁路并联结构示意图；

图2是不同面积铁芯芯柱的磁路并联结构示意图；

图3是漏磁自屏蔽铁芯的结构示意图；

图4是单框双柱式铁芯结构示意图；

图5是图4的A-A向断面结构示意图；

图6是单框双柱带旁轭式铁芯结构示意图；

图7是图6的B-B向断面结构式意图；

图8是三框六柱式铁芯结构示意图；

图9是图8的C-C向断面结构示意图；

图10是三框六柱带旁轭式铁芯结构示意图；

图11是图10的D-D向断面结构示意图；

图12是图1的电路原理图；

图13是图2的电路原理图。

附图标记说明：不饱和区域铁芯1；饱和区域铁芯2；绕组3；可控硅4、5；二极管6；保护回路7；铁轭8；主磁通9；漏磁通10。

具体实施方式：

参照说明书附图对本实用新型的可控电抗器作以下详细地说明。

本实用新型的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，是由铁芯和绕组3组成，铁芯芯柱截面由不饱和区域铁芯1和饱和区域铁芯2交错排列而组成，铁芯外套装绕组3，绕组3是由L1-L6组成，其中L1和L5线头并接，L4和L6线尾并接，L1、L2的中间抽头接可控硅4的阳极形成整流电路，L3、L4的中间抽头接可控硅5的阳极形成整流电路，L2的尾端、L6的首端、L3的首端、L5的尾端并接续流二极管6的负极，可控硅4、5的阴极与续流二极管6的正极并接。

绕组是由3个独立的绕组L1-L3组成，其中L2的两端并接可控硅4和5组成整流电路，可控硅4、5的阴极阳极相互并接，L3的两端接一滤波保护回路，铁芯芯柱的主磁通经过上下铁轭闭合形成磁回路。

不饱和区域铁芯1和饱和区域铁芯2沿主磁通9方向左右相邻或前后相邻交错排列，饱和区域铁芯1由较小的截面积或导磁率低的导磁材料或气隙构成。

在单相电上使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，采用的单框双柱式铁芯结构，芯柱主磁通9方向相反，经过上下铁轭8闭合形成磁回路。

在单相电上使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，采用的单框双柱带旁铁轭式铁芯结构，芯柱主磁通9方向相同，各自经过旁铁轭8闭合形成磁的回路。

在三相电上使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，采用的三框六柱式铁芯结构，芯柱主磁通9方向相同，三相磁通矢量合成到上下铁轭8形成磁的回路。

在三相电上使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，采用的三框六柱带旁铁轭式铁芯结构，芯柱主磁通9方向相同，三相磁通矢量合成到上下铁轭8及旁铁轭8形成磁的回路。

实施例

如图1所示为磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器的铁芯，由不饱和区域铁芯1和饱和区域铁芯2交错排列组成；铁芯外套装绕组L1-L6，其中L1和L5线头并接，L4和L6末端并接，L1、L2的中间抽头接可控硅4的阳极形成整流电路，L3、L4的中间抽头接可控硅5的阳极形成整流电路，L2的末端、L6的首端、L3的首端、L5的末端并接续流二极管6的负极，可控硅4、5的阴极与续流二极管6的正极并接，铁芯芯柱的主磁通经过上下铁轭闭合形成磁的回路。

如图2所示，绕组是由3个独立的绕组L1-L3组成，其中L2的两端并接可控硅组成整流电路，两只可控硅4、5的阴极阳极相互并接绕组L2的首端，两只可控硅4、5的阴极阳极相互并接的另一端与绕组L2的末端接外接电源，绕组L3的两端接一滤波保护回路7，铁芯芯柱的主磁通9经过上下铁轭闭合形成磁回路。

如图3所示为处于不饱和区域铁芯1和处于饱和区域铁芯2沿主磁通9方向左右相邻或前后相邻交错排列。处于饱和区域铁芯2由较小的截面积或导磁率低的导磁材料或气隙构成，在主磁通9通过处于饱和区域铁芯2时由于磁通饱和造成磁通发散形成漏磁通10；漏磁通10直接进入主磁通9方向左右相邻的处于不饱和区域铁芯1中，从另一个方向看是漏磁通10直接进入主磁通9方向前后相邻不饱和区域铁芯1中，避免了漏磁通10经过非导磁介质再进入金属结构件而产生大量的杂散损耗，同时也避免了金属结构件的局部过热质量问题。

如图4、5为单相电使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器采用的单框双柱式铁芯结构，芯柱主磁通9方向相反，经过上下铁轭8闭合形成磁的回路；芯柱截面由处于不饱和区域铁芯1和处于饱和区域铁芯2交错排列而组成。

如图6、7为单相电使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器采用的单框双柱带旁轭式铁芯结构，芯柱主磁通9方向相同，各自经过旁铁轭8闭合形成磁的回路；芯柱截面由处于不饱和区域铁芯1和处于饱和区域铁芯2交错排列而组成。

图8、9为三相电使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器采用的三框六柱式铁芯结构，芯柱主磁通9方向相同，三相电磁通矢量合成到上下铁轭8形成磁的回路；芯柱截面由处于不饱和区域铁芯1和处于饱和区域铁芯2交错排列而组成。

图10、11为三相电使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器采用的三框六柱带旁轭式铁芯结构，芯柱主磁通9方向相同，三相电磁通矢量合成到上下铁轭8及旁铁轭8形成磁的回路；芯柱截面由处于不饱和区域铁芯1和处于饱和区域铁芯2交错排列而组成。

图12为图1的自耦合式电路原理图，以此图说明可控电扰器的调节。绕组是自耦式，绕组L2、L3是L1和L4的一部分，L2、L3的匝数是L1、L4的1～2％；可控硅4、5连接在绕组L2、L3的两端，其上的电压比较低，仅为系统电压的1～2％，保证了可控硅4运行的可靠性。电源电压正半周触发导通可控硅4，在回路中产生励磁电流；电源电压负半周触发导通可控硅5，在回路中产生励磁电流；一个周期内电源电压轮流触发导通可控硅，经过二极管续6流产生连续的励磁电流；励磁电流的大小取决于可控硅控制导通角a，a越小产生的励磁电流越大，使电抗器处于不饱和区域铁芯的磁化程度加强，同时使处于饱和区域铁芯磁饱和程度也加强，电抗器电抗值变小而输出电流变大。由此实现了通过改变可控硅控制导通角a，可以平滑调节电抗器的容量；并且可以根据设定铁芯的磁饱和程度以满足电抗器对调节速度的要求。

图13为图2的电路原理图，以此图说明可控电抗器的调节。铁芯芯柱截面由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯交错排列而组成，铁芯外套装绕组，绕组是由3个独立的绕组L1-L3组成，其中L2的两端并接可控硅4、5组成整流电路，两只可控硅4、5的阴极阳极相互并接绕组L2的首端，两只可控硅的阴极阳极相互并接的另一端与绕组L2的末端接外接电源，L3的两端接一滤波保护回路7，铁芯芯柱的主磁通经过上下铁轭8闭合形成磁回路。

外接电源分别接绕组L2和阴极阳极并接的可控硅4、5，外接电源电压的正半周触发导通可控硅4，在回路中产生励磁电流；外接电源电压的负半周触发导通可控硅5，在回路中产生励磁电流；一个周期内电源电压轮流触发导通可控硅4、5，在绕组L2中产生连续的励磁电流；励磁电流的大小取决于可控硅4、5控制导通角a，a越小产生的励磁电流越大，使电抗器处于不饱和区域铁芯1的磁化程度加强，同时使处于饱和区域铁芯2磁饱和程度也加强，电抗器电抗值变小而输出电流变大。由此实现了通过改变可控硅4、5控制导通角a，可以平滑调节电抗器的容量；根据设定铁芯的磁饱和程度，确定励磁电源容量参数，以满足电抗器对调节速度的要求；绕组L3回路与滤波保护回路连接，以满足电抗器对滤波保护的要求。

Claims (7)

1.磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，包括铁芯和绕组，其特征在于铁芯芯柱截面由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯交错排列组成并联磁路，通过不饱和区域铁芯吸收饱和区域铁芯的漏磁通形成自屏蔽，铁芯外套装绕组，绕组是由(L1)-(L6)组成，其中(L1)和(L5)线头并接，(L4)和(L6)线尾并接，(L1)、(L2)的中间接点接可控硅(4)的阳极形成整流电路，(L3)、(L4)的中间接点接可控硅(5)的阳极形成整流电路，(L2)的尾端、(L6)的首端、(L3)的首端、(L5)的尾端并接续流二极管的负极，可控硅的阴极与续流二极管的正极并接。

2、根据权利要求1所述的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其特征在于：绕组是由3个独立的绕组(L1)-(L3)组成，其中(L2)的两端并接可控硅组成整流电路，两只可控硅的阴极阳极相互并接绕组(L2)首端，可控硅的阴极阳极相互并接的另一端与绕组(L2)的末端接外接电源，绕组(L3)的两端接一滤波保护回路，铁芯芯柱的主磁通经过上下铁轭闭合形成磁回路。

3、根据权利要求1所述的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其特征在于：不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯沿主磁通方向左右相邻或前后相邻交错排列，饱和区域铁芯由较小的截面积或导磁率低的导磁材料或气隙构成。

4、根据权利要求1所述的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其特征在于：在单相电上使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，采用的单框双柱式铁芯结构，芯柱主磁通方向相反，经过上下铁轭闭合形成磁回路。

5、根据权利要求1所述的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其特征在于：在单相电上使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，采用的单框双柱带旁铁轭式铁芯结构，芯柱主磁通方向相同，各自经过旁铁轭闭合形成磁的回路。

6、根据权利要求1所述的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其特征在于：在三相电上使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器采用的三框六柱式铁芯结构，芯柱主磁通方向相同，三相磁通矢量合成到上下铁轭形成磁的回路。

7、根据权利要求1所述的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其特征在于：在三相电上使用的磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，采用的三框六柱带旁铁轭式铁芯结构，芯柱主磁通方向相同，三相磁通矢量合成到上下铁轭及旁铁轭形成磁的回路。

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