CN205828120U - 一种基于磁路变换的可调电抗器 - Google Patents
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Abstract
一种基于磁路变换的可调电抗器，涉及可调电抗器调节电感技术领域。它为了解决现有铁芯电抗器易产生谐波的问题。本实用新型的WW铁芯柱、上铁轭、CW铁芯柱和下铁轭依次首尾相接组成矩形主磁路框架，附加铁芯柱位于矩形主磁路框架内与WW铁芯柱平行设置，小气隙设置于上铁轭中，大气隙设置于附加铁芯柱中，工作绕组螺旋缠绕在WW铁芯柱上，控制绕组螺旋缠绕在CW铁芯柱上，工作绕组产生的交流磁通瞬时流向应与控制绕组产生的交流磁通瞬时流向相互对顶，检测与控制电路用于产生一个与工作绕组电流频率相等、相位相同、幅值可变的电流，滤波电容和定值电感起抑制高频纹波的作用。本实用新型具有不产生谐波的优点。本实用新型适用于可调电抗器技术领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及可调电抗器技术领域，尤其涉及一种基于磁路变换的可调电抗器调节电感技术领域。
背景技术
目前，已知的电感参数可调的铁芯电抗器分为以下几种：一、传统机械式可调电抗器，这种电抗器的调节方式又分为调匝式和调气隙式。调匝式电抗器调节方便，成本低，但电感值不能连续调节；调气隙式电抗器能实现电感值连续可调，结构简单，但其需要大功率驱动电机与之配合，且震动和噪声大。二、晶闸管型可控电抗器（Thyristor ControlledReactor, TCR），它由一组反并联晶闸管与固定参数的电抗器相串联，通过控制晶闸管的导通角实现电感值连续调节，但其引入了电力电子器件，必然产生谐波污染，且不能用于超高压场合。 三、磁控电抗器，这种电抗器可以按照交、直流控制方式分，典型代表为磁阀式可控电抗器和直流助磁式可控电抗器。其工作原理是通过交（直）流控制铁芯饱和程度，改变铁芯的等值相对磁导率从而实现电感值可调，但在长期运行中铁芯处于饱和状态，损耗大，谐波大。四、基于脉宽调制技术（Pulse Width Modulation, PWM）的可控电抗器，它由固定参数的电抗器与绝缘栅型双极晶体管（IGBT）等器件组成的交流开关串联而成，通过调节占空比来调节流过电抗器的等值电流，从而对外电路来看，其等效为参数可调的电抗器。其特点是响应速度快、电感值连续平滑可调，但应用场合受到电力电子器件耐压条件的约束。五、超导可控电抗器，这种电抗器线圈用超导材料制成，利用超导态和正常态的转换实现电感值的调节。但提高超导线圈的热稳定性和降低超导材料的交流损耗是一技术难题。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有铁芯电抗器易产生谐波的问题，提出一种基于磁路变换的可调电抗器。
本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器包括WW(working winding)铁芯柱1、上铁轭2、CW(controlling winding)铁芯柱3、下铁轭4，还包括附加铁芯柱5、工作绕组6、控制绕组7、小气隙8、大气隙9、基波电流检测10、反馈电流检测11、电流控制模块12、PWM控制与驱动13、电压型逆变器14、直流供电电源15、电流互感器ct1、电流互感器ct2、电网交流电压Ua、滤波电容Cd、定值电感Ld；
所述WW铁芯柱1、上铁轭2、CW铁芯柱3和下铁轭4依次首尾相接组成矩形主磁路框架，工作绕组6螺旋缠绕在WW铁芯柱1上，控制绕组7螺旋缠绕在CW铁芯柱3上，工作绕组6产生的交流磁通瞬时流向应与控制绕组7产生的交流磁通瞬时流向相互对顶；
附加铁芯柱5位于矩形主磁路框架内，所述附加铁芯柱5与WW铁芯柱1平行设置，所述附加铁芯柱5上端与上铁轭2固定连接、下端与下铁轭4固定连接，小气隙8设置于上铁轭2中，所述小气隙8位于附加铁芯柱5和WW铁芯柱1之间，大气隙9设置于附加铁芯柱5中，所述大气隙9与上铁轭2之间的距离与下铁轭4之间的距离相等；
控制绕组7、定值电感Ld和电压型逆变器14输出端依次串联组成控制回路，电流互感器ct2跨接在所述控制回路上用于提取反馈电流，滤波电容Cd并联在控制绕组7两端，电压型逆变器14的输入端和PWM控制与驱动13的输出端连接，所述PWM控制与驱动13的输入端与电流控制模块12的输出端连接，电流控制模块12的输入端同时与基波电流检测10、反馈电流检测11的输出端连接，基波电流检测10输入端与电流互感器ct1连接，反馈电流检测11的输入端与电流互感器ct2连接，电网交流电压Ua与工作绕组6串联组成工作回路，电流互感器ct1跨接在所述工作回路上用于提取工作电流，直流供电电源15与电压型逆变器14连接为其供电。-
本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的WW铁芯柱1的横截面形状为圆形或矩形。
本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的CW铁芯柱3的横截面形状为圆形或矩形。
本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的工作绕组6的横截面形状为圆形或矩形。
本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的控制绕组7的横截面形状为圆形或矩形。
本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的WW铁芯柱1、上铁轭2、CW铁芯柱3、下铁轭4和附加铁芯柱5的横截面面积相等。
本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的上铁轭2、下铁轭4和附加铁芯柱5的横截面形状均为矩形。
本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的小气隙8的长度为l1、大气隙9的长度为l2，所述小气隙8的长度和大气隙9的长度之间关系为：l2>l1。
附图说明
图1为本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的正视结构图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的左视图；
图4为本实用新型所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的工作原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于磁路变换的可调电抗器包括WW(working winding)铁芯柱1、上铁轭2、CW(controllingwinding)铁芯柱3、下铁轭4，还包括附加铁芯柱5、工作绕组6、控制绕组7、小气隙8、大气隙9、基波电流检测10、反馈电流检测11、电流控制模块12、PWM控制与驱动13、电压型逆变器14、直流供电电源15、电流互感器ct1、电流互感器ct2、电网交流电压Ua、滤波电容Cd、定值电感Ld；
所述WW铁芯柱1、上铁轭2、CW铁芯柱3和下铁轭4依次首尾相接组成矩形主磁路框架，工作绕组6螺旋缠绕在WW铁芯柱1上，控制绕组7螺旋缠绕在CW铁芯柱3上，工作绕组6产生的交流磁通瞬时流向应与控制绕组7产生的交流磁通瞬时流向相互对顶；
附加铁芯柱5位于矩形主磁路框架内，所述附加铁芯柱5与WW铁芯柱1平行设置，所述附加铁芯柱5上端与上铁轭2固定连接、下端与下铁轭4固定连接，小气隙8设置于上铁轭2中，所述小气隙8位于附加铁芯柱5和WW铁芯柱1之间，大气隙9设置于附加铁芯柱5中，所述大气隙9与上铁轭2之间的距离与下铁轭4之间的距离相等；
控制绕组7、定值电感Ld和电压型逆变器14输出端依次串联组成控制回路，电流互感器ct2跨接在所述控制回路上用于提取反馈电流，滤波电容Cd并联在控制绕组7两端，电压型逆变器14的输入端和PWM控制与驱动13的输出端连接，所述PWM控制与驱动13的输入端与电流控制模块12的输出端连接，电流控制模块12的输入端同时与基波电流检测10、反馈电流检测11的输出端连接，基波电流检测10输入端与电流互感器ct1连接，反馈电流检测11的输入端与电流互感器ct2连接，电网交流电压Ua与工作绕组6串联组成工作回路，电流互感器ct1跨接在所述工作回路上用于提取工作电流，直流供电电源15与电压型逆变器14连接为其供电。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的区别在于：所述的WW铁芯柱1的横截面形状为圆形或矩形。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的区别在于：所述的CW铁芯柱3的横截面形状为圆形或矩形。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的区别在于：所述的工作绕组6的横截面形状为圆形或矩形。
具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的区别在于：所述的控制绕组7的横截面形状为圆形或矩形。
具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的区别在于：所述的WW铁芯柱1、上铁轭2、CW铁芯柱3、下铁轭4和附加铁芯柱5的横截面面积相等。
具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的区别在于：所述的上铁轭2、下铁轭4和附加铁芯柱5的横截面形状均为矩形。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的区别在于：所述的小气隙8的长度l1与大气隙9的长度l2之间的关系为：l2>l1。
具体实施方式九：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于磁路变换的可调电抗器的工作原理为：在所述的控制绕组7中注入一个与工作绕组6中电流频率相等、相位相同、幅值可变的交流电流，通过调节控制绕组7中电流的大小，迫使工作绕组6产生的交流磁通所流经磁路由A-C-D-F-A变换为A-B-E-F-A，达到磁路变换的目的，进而调节电感值。
所述基波电流检测10、反馈电流检测11、电流控制模块12、PWM控制与驱动13和电压型逆变器14用于产生一个注入到控制绕组7中的交流电流，滤波电容Cd和定值电感Ld用于抑制高频纹波。
当工作绕组6通入交流电流、控制绕组7不通电流时，工作绕组6产生一交流磁通。由于附加铁芯柱5中设置有大气隙9，磁阻很大，交流磁通全部沿磁阻最小的磁路A-C-D-F-A流通。又由于铁磁材料的相对磁导率远远大于气隙的相对磁导率，忽略掉铁磁材料的磁阻，认为该磁路的等效磁阻为Rm1，电感值计算式为：
式中，N1为工作绕组6的匝数；Rm1为小气隙8的磁阻；S1为小气隙8磁阻的等效导磁面积；l1为小气隙8沿磁通方向的长度；μ0为真空磁导率，其数值为已知常数μ0=4π×10-7H/m。
当工作绕组6通入交流电流、控制绕组7注入一个与工作绕组6中电流频率相等、相位相同的交流电流，控制绕组7中电流值增大到使其所产生的交流磁通与工作绕组6产生的交流磁通在B点大小相等、方向相反时（负半周时，在E点大小相等、方向相反），迫使工作绕组6产生的交流磁通沿磁路A-B-E-F-A流通，该磁路中交流等效磁阻为小气隙8和大气隙9的磁阻之和，电感值计算式为：
式中，Rm2为大气隙9的磁阻；S2为大气隙9磁阻的等效导磁面积；l2为大气隙9沿磁通方向的长度。
现推导此时需要注入到控制绕组7中的电流大小，分别对工作绕组6和控制绕组7列写磁路的欧姆定律方程：
令φ1=φ2，两式相比得所需最大电流值：
式中，N2为控制绕组7的匝数；F1为工作绕组6的交流磁动势；F2为控制绕组7的交流磁动势；I1为工作绕组6中电流值；I2为控制绕组7中电流值；φ1为工作绕组6产生的交流磁通；φ2为控制绕组7产生的交流磁通。
除上述两种特殊情况之外，调节控制绕组7中电流大小，使得电流I2在0到I2max之间变化时，电感值在Lmax与Lmin之间变化；改变大气隙9与小气隙8的比例关系，可以改变电感值的调节范围；整个调节过程中，工作绕组6产生的交流磁通所流经的磁路由A-C-D-F-A变换为A-B-E-F-A，使磁阻变大、磁通减小且主磁路带气隙，铁芯不易饱和，不产生谐波干扰。
Claims (8)
1.一种基于磁路变换的可调电抗器，包括WW铁芯柱（1）、上铁轭（2）、CW铁芯柱（3）、下铁轭（4），其特征在于：它还包括附加铁芯柱（5）、工作绕组（6）、控制绕组（7）、小气隙（8）、大气隙（9）、基波电流检测（10）、反馈电流检测（11）、电流控制模块（12）、PWM控制与驱动（13）、电压型逆变器（14）、直流供电电源（15）、电流互感器ct1、电流互感器ct2、电网交流电压Ua、滤波电容Cd、定值电感Ld；
所述WW铁芯柱（1）、上铁轭（2）、CW铁芯柱（3）和下铁轭（4）依次首尾相接组成矩形主磁路框架，工作绕组（6）螺旋缠绕在WW铁芯柱（1）上，控制绕组（7）螺旋缠绕在CW铁芯柱（3）上，工作绕组（6）产生的交流磁通瞬时流向应与控制绕组（7）产生的交流磁通瞬时流向相互对顶；
附加铁芯柱（5）位于矩形主磁路框架内，所述附加铁芯柱（5）与WW铁芯柱（1）平行设置，所述附加铁芯柱（5）上端与上铁轭（2）固定连接、下端与下铁轭（4）固定连接，小气隙（8）设置于上铁轭（2）中，所述小气隙（8）位于附加铁芯柱（5）和WW铁芯柱（1）之间，大气隙（9）设置于附加铁芯柱（5）中，所述大气隙（9）与上铁轭（2）之间的距离与下铁轭（4）之间的距离相等；
控制绕组（7）、定值电感Ld和电压型逆变器（14）输出端依次串联组成控制回路，电流互感器ct2跨接在所述控制回路上用于提取反馈电流，滤波电容Cd并联在控制绕组（7）两端，电压型逆变器（14）的输入端和PWM控制与驱动（13）的输出端连接，所述PWM控制与驱动（13）的输入端与电流控制模块（12）的输出端连接，电流控制模块（12）的输入端同时与基波电流检测（10）、反馈电流检测（11）的输出端连接，基波电流检测（10）输入端与电流互感器ct1连接，反馈电流检测（11）的输入端与电流互感器ct2连接，电网交流电压Ua与工作绕组（6）串联组成工作回路，电流互感器ct1跨接在所述工作回路上用于提取工作电流，直流供电电源（15）与电压型逆变器（14）连接为其供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁路变换的可调电抗器，其特征在于：所述的WW铁芯柱（1）的横截面形状为圆形或矩形。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁路变换的可调电抗器，其特征在于：所述的CW铁芯柱（3）的横截面形状为圆形或矩形。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁路变换的可调电抗器，其特征在于：所述的工作绕组（6）的横截面形状为圆形或矩形。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁路变换的可调电抗器，其特征在于：所述的控制绕组（7）的横截面形状为圆形或矩形。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁路变换的可调电抗器，其特征在于：所述的WW铁芯柱（1）、上铁轭（2）、CW铁芯柱（3）、下铁轭（4）和附加铁芯柱（5）的横截面面积相等。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁路变换的可调电抗器，其特征在于：所述的上铁轭（2）、下铁轭（4）和附加铁芯柱（5）的横截面形状均为矩形。
8.根据权利要求1所述的一种基于磁路变换的可调电抗器，其特征在于：所述的小气隙（8）的长度为l1、大气隙（9）的长度为l2，所述小气隙（8）的长度和大气隙（9）的长度之间关系为：l2>l1。
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| CN201620461528.3U CN205828120U (zh) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | 一种基于磁路变换的可调电抗器 |
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| CN201620461528.3U CN205828120U (zh) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | 一种基于磁路变换的可调电抗器 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN105826064A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-08-03 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于磁路变换的可调电抗器 |
| CN107464677A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-12-12 | 深圳市艾尔曼医疗电子仪器有限公司 | 绝缘灌封单相高压升压变压器 |
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2016
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| CN105826064B (zh) * | 2016-05-20 | 2017-10-13 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于磁路变换的可调电抗器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20161221 Effective date of abandoning: 20171013 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |