CN213877770U - 一种软特性电抗器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子设备技术领域。其目的是提供一种软特性电抗器，其电感量在一定范围内是随着电流的增加变小的，以适应电梯运行特点。一种新型的软特性电抗器结构，包括：一个上铁轭、一个下铁轭和三个绕有线圈的铁芯柱；每一铁芯柱均包括：由硅钢制成的第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯的磁导率高于第二铁芯的磁导率，第且第一铁芯和第二铁芯上各自设有多个气隙，线圈绕设在组装在一起的第一铁芯和第二铁芯的外部形成所述绕有线圈的铁芯柱；上铁轭包括第一上铁轭和第二上铁轭，下铁轭包括第一下铁轭和第二下铁轭；第一上铁轭、第一下铁轭和第一铁芯是由相同的硅钢材料制成，第二上铁轭、第二下铁轭和第二铁芯是由相同的硅钢材料制成。

Description

一种软特性电抗器

技术领域

本实用新型涉及电力电子设备技术领域，具体来说，是涉及一种软特性电抗器。

背景技术

目前的电梯设计大部分是设计成采用变频调速技术，采用外加大功率制动电阻吸收制动能量的方法，浪费了大量电能，而如果采用全数字化PWM技术和双向大功率DC/DC技术等新兴技术，综合节电率可以高达30％以上。整流/逆变滤波电抗器作为电梯储能系统中的主要设备之一，其性能对电梯节能和电网电能质量有着重要的影响。

电梯运行时的负载率差别很大，这就要求电抗器在空载和满载运行时，均要求具有较好的滤波性能。具体来说，就是在电梯空载运行，电流较小的时候，要求电感量较大。当电梯满载运行，电流较大的时候，要求其电感量较小。也就是说，要求电抗器的电感量在一定范围内，随着电流的增加，电感量随之变小。

研发满足上述要求的电抗器，有利于电梯厂家发挥性能好、能耗低的优势，有利于降低电梯运行成本，具有十分显著的经济效益，同时，可为社会各个领域提供稳定性电梯电源，促进电梯行业的发展，提高人们的生活质量，更好地服务社会。也有利于降低电梯行业的能源消耗量，进一步减少碳排放，创造更好的社会效益。

电感量正比于(n^2*S)，反比于(lfe/μfe+la/μa)。其中n＝线圈匝数，S＝铁芯载面积，lfe＝铁芯中的硅钢磁路长度，μfe＝铁芯的磁导率，la＝铁芯中的气隙长度，μa＝气隙的磁导率。当铁芯电抗器工作时，随着电流大小的变化，铁芯中的磁导率也是变化的。磁导率曲线是非线性的，由低到高，然后又变低。

现有的一般的铁芯电抗器的电感特性，其曲线类似图5中电感特性曲线L1：在一定的电流范围内，电感量基本不变；当电流增加到某一个范围时，因为铁芯的磁通密度进入趋向饱和范围，其磁导率快速下降了，电感量也快速下降；然后铁芯的磁通密度处于饱和，电抗器的电感量保持在一个较小的范围基本不变。

因此，现有的铁芯电抗器不能很好地与电梯的运行特点匹配，采用现有的铁芯电抗器，限制了电梯性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了适应新的应用需要，提供一种软特性电抗器，其电感量在一定范围内是随着电流的增加变小的，以适应电梯运行特点。

基于铁芯电抗器的电感特性，本申请提出了一种新型的软特性电抗器结构，包括：一个上铁轭、一个下铁轭和三个绕有线圈的铁芯柱。每一铁芯柱均包括：由硅钢制成的具有磁导率高低差异的第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯的磁导率高于所述第二铁芯的磁导率，所述第一铁芯上设有多个第一气隙，所述第二铁芯上设有多个第二气隙，所述第一铁芯和第二铁芯组装在一起形成所述铁芯柱，所述线圈绕设在所述铁芯柱的外部形成所述绕有线圈的铁芯柱。线圈的绕法采用本领域的常规绕法，接线也是采用本领域的常规接线方式。所述上铁轭包括第一上铁轭和第二上铁轭，所述下铁轭包括第一下铁轭和第二下铁轭，所述第一铁芯设置在所述第一上铁轭和第一下铁轭之间，所述第二铁芯设置在所述第二上铁轭和第二下铁轭之间。所述第一上铁轭、第一下铁轭和第一铁芯是由相同的硅钢材料制成，只是所述第一上铁轭和第一下铁轭上未设置气隙；所述第二上铁轭、第二下铁轭和第二铁芯是由相同的硅钢材料制成，只是所述第二上铁轭和第二下铁轭上未设置气隙。

其中，硅钢包括取向硅钢和无取向硅钢，不同硅钢的磁导率也不同，在组装成铁芯柱时，可以根据实际运用需求选择不同的材料来制成第一铁芯和第二铁芯，在选材时满足第一铁芯的磁导率高于第二铁芯的磁导率即可。例如：所述第一铁芯和第二铁芯可以均是采用取向硅钢制成；所述第一铁芯和第二铁芯也可以均采用无取向硅钢制成；还可以是所述第一铁芯选用取向硅钢制成，第二铁芯选用无取向硅钢；甚至也可以是所述第一铁芯采用无取向硅钢，而第二铁芯采用取向硅钢。

在电梯运行中，所述软特性电抗器中的总电感量为所述第一铁芯中的电感量和所述第二铁芯中的电感量的叠加，所述软特性电抗器中的总电感量变化大致分五个阶段逐步下降。

第一阶段：当负载较小，所述软特性电抗器中的通过电流也较小时，所述第一铁芯和第二铁芯中的电感量基本不变，相应的电抗器的总电感量也基本不变。

第二阶段：随着负载的继续增大，通过电抗器的电流也随之增大，所述第一铁芯的磁通密度进入趋向饱和范围，其磁导率逐步下降，电感量逐步下降至一个较小的数值，而在这个阶段中，所述第二铁芯中的电感量仍然是基本不变的。此时总电感量也对应地下降。

第三阶段：当电流继续增大，所述第一铁芯的磁通密度处于饱和状态，其电感量基本保持在一个较小的范围内不变，所述第二铁芯中的电感量仍然是基本不变的。因此，在此阶段电抗器的总电感量在此阶段也是大致不变的。

第四阶段：当电流继续增大，所述第一铁芯中的电感量仍然是不变的，此时所述第二铁芯的磁通密度进入趋向饱和范围，其磁导率逐步下降，电感量逐步下降。此时总电感量也逐步下降。

第五阶段：电梯负载继续增大直至满载，此时电流也继续增大，所述第一铁芯和第二铁芯的磁通密度均处于饱和状态，所述第一铁芯和第二铁芯中的电感量均基本保持不变。因此，电抗器的总电感量在此阶段也是大致不变的。

经过上述五个阶段，随着电梯负载的增大，电抗器的总电感量在电流变化范围内是随着电流由小变大，电感量以接近阶梯状由大到小随之变化的。从而可以很好地适应电梯的运行特点，有利于实现电梯性能最优化。在实际运用中，可以根据具体的电梯的负载特点，在设计本实用新型所述的软特性电抗器时，根据两种不同硅钢的磁导率特点，通过调整所述第一铁芯和第二铁芯的截面积、总气隙长度，来实现要求的电感量曲线。

附图说明

通过以下本实用新型的实施例并结合附图的描述，示出本实用新型的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：

图1为本实用新型软特性电抗器的一个较优实施例的正面结构示意图。

图2为图1中所示实施例的侧面结构示意图。

图3为图1中所示实施例的正向剖面结构示意图。

图4为图1中所示实施例的铁芯柱的侧向剖面结构示意图。

图5为图1所示实施例在运行中电感特性曲线图；其中，曲线L示出的是软特性电抗器在运行中电感量随电流变化的变化曲线，曲线L1示出的是软特性电抗器中的第一铁芯在电抗器运行中电感量随电流变化的变化曲线，曲线L2示出的是软特性电抗器中的第二铁芯在电抗器运行中的电感量随电流变化的变化曲线。

具体实施方式

如图所示的软特性电抗器结构，包括：一个上铁轭1、一个下铁轭3和三个绕有线圈4的铁芯柱2。

结合图图2和图4所示，每一铁芯柱2均是由第一铁芯21和第二铁芯22组装在一起并且将线圈4绕设在组装在一起的第一铁芯21和第二铁芯22整体结构的外部而形成的。线圈4的绕法采用本领域的常规绕法，接线也是采用本领域的常规接线方式，在此不做赘述。上铁轭1包括第一上铁轭11和第二上铁轭12，下铁轭3包括第一下铁轭31和第二下铁轭32，第一铁芯21设置在第一上铁轭11和第一下铁轭31之间，第二铁芯22设置在第二上铁轭12和第二下铁轭32之间。第一上铁轭11、第一铁芯21和第一下铁轭31是由相同的硅钢材料制成，第二上铁轭12、第二铁芯22和第二下铁轭32是由相同的硅钢材料制成。

本实施例中，第一铁芯21是采用取向硅钢制成的，其上设有多个第一气隙210；第二铁芯22是采用无取向硅钢制成的，其上设有多个第二气隙220。所采用的取向硅钢的磁导率是高于所采用的无取向硅钢的磁导率的，使得制得的第一铁芯21的磁导率高于第二铁芯22的磁导率。

在电梯运行中，随着电梯的负载增大，通过电抗器的电流也随之增大，电抗器中的总电感量(曲线L)为第一铁芯21中的电感量(曲线L1)和第二铁芯22中的电感量(曲线L2)的叠加。如图5所示，电抗器中的总电感量变化大致分为五个阶段逐步下降：

第一阶段：当负载较小，电流在大约小于10A的范围内时，第一铁芯21和第二铁芯22中的电感量基本不变，相应的电抗器的总电感量也基本不变。

第二阶段：随着负载的继续增大，通过电抗器的电流也随之增大，电流在大约10-11A范围内时，第一铁芯21的磁通密度进入趋向饱和范围，其磁导率逐步下降，电感量逐步下降至一个较小的数值，而在这个阶段中，第二铁芯22中的电感量仍然是基本不变的。此时总电感量也对应地下降。

第三阶段：当电流继续增大，在处于约11-16A范围内时，第一铁芯21的磁通密度处于饱和状态，第一铁芯21中的电感量基本保持在一个较小的范围内不变，第二铁芯22中的电感量仍然是基本不变的。因此，电抗器的总电感量在此阶段也是大致不变的。

第四阶段：当电流继续增大，在处于约16-18A范围内时，第一铁芯21中的电感量仍然是不变的，而在这个阶段中，第二铁芯22的磁通密度进入趋向饱和范围，其磁导率逐步下降，电感量逐步下降。此时总电感量也逐步下降。

第五阶段：电梯负载继续增大直至满载，此时电流也继续增大，此时第二铁芯22的磁通密度也处于饱和状态，第一铁芯21和第二铁芯22中的电感量均基本保持不变。因此，电抗器的总电感量在此阶段也是大致不变的。

经过上述五个阶段，随着电梯负载的增大，电抗器的总电感量在电流变化范围内是随着电流由小变大，电感量以接近阶梯状由大到小随之变化的。从而可以很好地适应电梯的运行特点，有利于实现电梯性能最优化。

虽然本实用新型已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本实用新型的范围只局限于上述的结构，只要本技术领域的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本实用新型之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本实用新型专利范围之内。

Claims (4)

1.一种软特性电抗器，其特征在于，包括：一个上铁轭、一个下铁轭和三个绕有线圈的铁芯柱；

每一铁芯柱均包括：由硅钢制成的具有磁导率高低差异的第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯的磁导率高于所述第二铁芯的磁导率，所述第一铁芯上设有多个第一气隙，所述第二铁芯上设有多个第二气隙，所述第一铁芯和第二铁芯组装在一起形成所述铁芯柱，所述线圈绕设在所述铁芯柱的外部形成所述绕有线圈的铁芯柱；

所述上铁轭包括第一上铁轭和第二上铁轭，所述下铁轭包括第一下铁轭和第二下铁轭，所述第一铁芯设置在所述第一上铁轭和第一下铁轭之间，所述第二铁芯设置在所述第二上铁轭和第二下铁轭之间；

所述第一上铁轭、第一下铁轭和第一铁芯是由相同的硅钢材料制成，所述第二上铁轭、第二下铁轭和第二铁芯是由相同的硅钢材料制成。

2.如权利要求1所述的软特性电抗器，其特征在于：所述第一铁芯和第二铁芯均选用取向硅钢。

3.如权利要求1所述的软特性电抗器，其特征在于：所述第一铁芯和第二铁芯均选用无取向硅钢。

4.如权利要求1所述的软特性电抗器，其特征在于：所述第一铁芯选用取向硅钢/无取向硅钢，所述第二铁芯选用无取向硅钢/取向硅钢。

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