专利名称：一种磁环正交的可控电抗器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电抗器，特别涉及一种电力系统中使用的正交偏磁型的可控电抗
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背景技术：
可控电抗器通常可分为两类，一类为基于磁饱和的可控电抗器，其从铁心结构上区分为两种形式即磁阀式和心柱饱和式可控电抗器。中国专利95223137. 9提出一种磁阀式可控电抗器，通过控制主铁心柱上设有的小截面段的磁饱和状态来改变绕组的电抗， 以达到改变电抗器的电抗值的目的。其结构特征是铁心有两个主铁心柱及相应的铁轭构成，两个主铁心柱上均设有一个小截面段；每个铁心柱上各套有一个分为上下两部分的绕组，接在可控硅两端的绕组分接头间的匝数为每柱绕组总匝数的5%，其中工作绕组和控制绕组属于一个绕组。控制绕组兼有抽取直流偏磁所需的励磁能量的作用。其不足之处是，由于两个主铁心柱上均设有小截面段，因此其结构复杂、工艺性差、成本高。中国专利 99250344. 2提出的心柱磁饱和式可控电抗器具有类似结构，其特征在于铁心柱为等截面， 且其截面积小于铁轭截面积；在控制绕组外侧套有独立的工作绕组，该结构适用于高电压等级电力系统。这一类电抗器由于额定工作点设定在非线性区，磁化电压和电流呈非线性， 从而产生不可忽视的谐波。此外，该类电抗器的控制绕组中还易产生高的感应电动势。另一类为基于正交磁化的新型可控电抗器，中国专利200510130709. 4提出的非接触式可控电抗器即为一种，该电抗器的使用空心线圈电抗器，电抗值较小，容量较小。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种具有磁环模块的基于正交磁化原理的可控电抗器。本发明通过正交磁化原理柔性改变磁路磁阻大小，实现电抗值和容量可控。本发明电抗器结构简单，且由于控制绕组安装在磁环铁心上，而不是安装在铁心柱上，大大减少了工作绕组的匝长，节省了交流工作绕组的材料。此外，偏磁回路气隙小，偏磁损耗小。同时由于使用正交磁化的原理，依据磁畴理论使铁心磁畴同时受到轴向交流磁场和环向直流磁场两个方向的作用而改变磁导率，进而改变电抗器的电抗值。铁心并不工作在饱和区，使得电抗器具有良好的谐波特性。本发明的磁环正交可控电抗器，其特征在于该可控电抗器的铁心柱或旁柱或铁轭由多块具有相同或不同形状及尺寸的磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料制作。所述的磁环模块由铁磁材料及绕制在所述的铁磁材料上的正交控制绕组构成，所述的磁环模块在主磁通通过方向上的形状可以是圆环形的，也可以是空心的多边形等任意形状。所述的磁环模块的横截面形状可以是矩形，也可以是带有边棱倒角的矩形、多边形、椭圆形或者圆形等任意形状。电抗器的正交控制绕组绕制在所述的磁环模块的铁磁材料上，所述的绕组与垫块在磁环模块平面上交替布置；垫块沿磁环模块平面径向呈内外两圈布置，可以为内圈垫块小，外圈垫块大，也可以为内外圈垫块大小相同，但外圈垫块数量较多。所述的垫块也可以沿磁环模块平面径向布置为一圈或多圈。正交控制绕组的电流可以是直流或交流，在交流供电的情况下，相邻绕组的绕线方向相反，以抵消紧固螺栓中感生的交流电势。本发明通过改变控制绕组的电流， 来改变磁环模块内由控制绕组产生的与主磁通垂直的磁场，进而改变磁环的磁导率，从而改变交流工作绕组的电抗值。本发明所述的磁环正交的可控电抗器的实施方式之一，其特征在于，该可控电抗器包括铁心柱、铁轭构成的“口”字形工作铁心，以及工作绕组，控制绕组等；铁心柱由多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。铁心柱外套设工作绕组，两个工作绕组顺极性串接，构成单相双柱可控电抗器。工作时，所述的磁环模块同时受到轴向交流磁场和环向磁场两个方向的作用而改变磁导率，通过调整控制绕组的电流来调节磁环模块的偏磁，从而调节电抗器的电抗值。本发明所述的磁环正交的可控电抗器的实施方式之二，其特征在于该可控电抗器包括铁心柱、旁柱、铁轭构成的“ 口，，字形工作铁心，以及工作绕组，控制绕组等；铁心柱由多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。铁心柱外套设工作绕组，该电抗器有一个旁柱，气隙小，漏磁较小；工作时，磁环模块同时受到轴向交流磁场和环向磁场两个方向的作用而改变磁导率，通过调整控制绕组的电流来调节磁环模块的偏磁，从而调节电抗器的电抗值。本发明所述的磁环正交的可控电抗器的实施方式之三，其特征在于该可控电抗器包括铁心柱、旁柱、铁轭构成的“日”字形工作铁心，以及工作绕组，控制绕组等；铁心柱由多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。铁心柱外套设工作绕组，该电抗器有两个旁柱，构成单相三柱式可控电抗器，具有气隙小，漏磁较小，且结构稳定的特点；工作时，磁环模块同时受到轴向交流磁场和环向磁场两个方向的作用而改变磁导率，通过调整控制绕组的电流来调节磁环模块的偏磁，从而调节电抗器的电抗值。本发明所述的磁环正交的可控电抗器的实施方式之四，其特征在于该可控电抗器包括铁心柱、铁轭构成的的“日，，字形工作铁心，以及工作绕组，控制绕组等；铁心柱由多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。且有三个，铁心柱外套设工作绕组，构成三相三柱式可控电抗器。工作时， 磁环模块同时受到轴向交流磁场和环向磁场两个方向的作用而改变磁导率，通过调整控制绕组的电流来调节磁环模块的偏磁，从而调节电抗器的电抗值。本发明所述的磁环正交的可控电抗器的实施方式之五，其特征在于该可控电抗器包括铁心柱、铁轭构成的正三棱锥形工作铁心，以及工作绕组，控制绕组等；铁心柱由多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。且铁心柱有三个，三个铁心柱呈正三角形方式放置，铁心柱外套设工作绕组，构成辐射对称布置的三相三柱式可控电抗器。工作时，磁环模块同时受到轴向交流磁场和环向磁场两个方向的作用而改变磁导率，通过调整控制绕组的电流来调节磁环模块的偏磁，从而调节电抗器的电抗值。本发明所述的磁环正交的可控电抗器的实施方式之六，其特征在于该可控电抗器包括铁心柱、旁柱、铁轭构成的工作铁心，以及工作绕组，控制绕组等；铁心柱多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。铁心柱数量为三个，且另有两个旁柱，铁心柱外套设工作绕组，构成三相五柱式可控电抗器。工作时，磁环模块同时受到轴向交流磁场和环向磁场两个方向的作用而改变磁导率，通过调整控制绕组的电流来调节磁环模块的偏磁，从而调节电抗器的电抗值。本发明所述的磁环正交的可控电抗器的实施方式之七，其特征在于该可控电抗器包括铁心柱、铁轭构成的工作铁心，以及工作绕组，控制绕组等；铁心柱由多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。铁心柱数量为三个，且另有四个旁柱，铁心柱外套设工作绕组，构成三相七柱式可控电抗器。该电抗器结构稳定。工作时，磁环模块同时受到轴向交流磁场和环向磁场两个方向的作用而改变磁导率，通过调整控制绕组的电流来调节磁环模块的偏磁，从而调节电抗器的电抗值。本发明所述的磁环正交的可控电抗器的实施方式之八，其特征在于该可控电抗器包括铁心柱、旁柱、铁轭构成的“日”字形工作铁心，以及工作绕组，控制绕组等；铁心柱由多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。上下两处铁轭与铁心柱对于位置由磁环模块构成，该磁环模块外形为矩形，中间开有圆孔。铁心柱外套设工作绕组，该电抗器有两个旁柱，构成单相三柱式可控电抗器，此单相三柱式可控电抗器具有气隙小，漏磁较小，且结构稳定的特点。工作时，磁环模块同时受到轴向交流磁场和环向磁场两个方向的作用而改变磁导率，通过调整控制绕组的电流来调节磁环模块的偏磁，从而调节电抗器的电抗值。
图IA-图ID为本发明磁环模块及由其构成的铁心柱实施实例的结构示意图；图2为本发明磁环正交可控电抗器实施方式之一的结构示意图；图3为本发明磁环正交可控电抗器实施方式之二的结构示意图；图4为本发明磁环正交可控电抗器实施方式之三的结构示意图；图5为本发明磁环正交可控电抗器实施方式之四的结构示意图；图6A-图6B为本发明磁环正交可控电抗器实施方式之五的结构示意图；图7为本发明磁环正交可控电抗器实施方式之六的结构示意图；图8为本发明磁环正交可控电抗器实施方式之七的结构示意图；图9为本发明磁环正交可控电抗器实施方式之八的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。本发明可控电抗器的铁心柱或旁柱或铁轭由多块具有相同或不同形状及尺寸的磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离，垫块可为石墨或大理石材料。所述的磁环模块由铁磁材料及绕制在所述的铁磁材料上的控制绕组构成，所述的磁环模块在主磁通通过方向上的形状是圆环形的，或空心的多边形等。所述的磁环模块的横截面形状可以是矩形，也可以是带有边棱倒角的矩形、多边形、椭圆形或者圆形等任意形状。电抗器的正交控制绕组绕制在所述的磁环模块的铁心上，绕组与垫块在磁环模块平面上交替布置；垫块沿磁环模块平面径向呈内外两圈布置，可以内圈垫块小，外圈垫块大，也可以内外圈垫块大小相同，但外圈垫块数量较多。所述的垫块也可以布置依上述方式布置为一圈或多圈。控制绕组的电流可以是直流或交流，在交流供电的情况下，相邻绕组的绕线方向相反，以抵消紧固螺栓中感生的交流电势。本发明通过改变控制绕组的电流，来改变磁环模块内由控制绕组产生的与主磁通。图IA-图ID为本发明磁环模块及由其构成的铁心柱实施实例的结构示意图。图 IA中正交控制绕组12绕制在磁环铁心11上，共同构成磁环模块10。磁环铁心11为绕组 12的导磁回路，改变正交控制绕组12中的电流可以改变磁环铁心11内的磁场强度，达到控制电抗值和容量的目的。图IB中方向线13为工作时控制磁通方向，“X”号14为工作绕组磁通方向，表示磁通方向为垂直纸面向里。图IC中正交控制绕组12，垫块15交替布置在磁环铁心11上，垫块15为内外两圈布置，内圈垫块小，外圈垫块大。图ID为磁环模块10与垫块15交替叠压构成铁心柱示意图。即相邻两块磁环模块用垫块隔离。工作时，磁环模块 10同时受到轴向交流磁场和环向直流磁场两个方向的作用而改变磁导率，进而改变交流工作绕组的电抗值。所述磁环模块的结构及垫块布置方式只是一种具体实例，本发明包括该方式，但并不限于该方式。图2为磁环正交可控电抗器实施方式之一的结构示意图。如图2所示，本实施例为单相两柱对称式可控电抗器，工作绕组21套设在铁心柱23外，铁轭22与铁心柱23构成 “口”字形结构，该“口”字形结构为工作绕组21的导磁回路。铁心柱23为图ID所示结构。图3为磁环正交可控电抗器实施方式之二的结构示意图。如图3所示，本实施例为单相两柱非对称式可控电抗器，工作绕组31套设在铁心柱33外，铁轭34，旁柱32与铁心柱33构成“口”字形结构，该“口”字形结构为工作绕组31的导磁回路。铁心柱33为图 ID所示结构。图4为磁环正交可控电抗器实施方式之三的结构示意图。如图4所示，本实施例为单相三柱式可控电抗器，工作绕组42套设在铁心柱41外，铁轭43，旁柱44与铁心柱41 构成“日”字形结构，该“日”字形结构为工作绕组42的导磁回路。铁心柱41为图ID所示结构。图5为磁环正交可控电抗器实施方式之四的结构示意图。如图5所示，本实施例为三相三柱式可控电抗器，三组工作绕组52分别套设在三个铁心柱51外，铁轭53与铁心柱51构成“日，，字形结构，该“日，，字形结构为工作绕组52的导磁回路。三个铁心柱51分别为图ID所示结构。图6A-图6B为磁环正交可控电抗器实施方式之五的结构示意图。图6A、图6B分别为三相三柱式辐射对称可控电抗器的立体结构及俯视示意图，三组工作绕组62分别套设在三个铁心柱61外，铁轭63与铁心柱61构成正三棱柱结构，该正三棱柱结构为工作绕组62的导磁回路。三个铁心柱61分别为图ID所示结构。图7为磁环正交可控电抗器实施方式之六的结构示意图。如图7所示，本实施例为三相五柱式可控电抗器，三组工作绕组72分别套设在三个铁心柱71外，铁轭73、旁柱74 与铁心柱71构成工作绕组72的导磁回路。三个铁心柱71分别为图ID所示结构。
图8为磁环正交可控电抗器实施方式之七的结构示意图。如图8所示，本实施例为三相七柱式可控电抗器，三组工作绕组82分别套设在三个铁心柱81外，铁轭83、旁柱84 与铁心柱81构成工作绕组82的导磁回路。三个铁心柱81分别为图ID所示结构。图9为磁环正交可控电抗器实施方式之八的结构示意图。如图9所示，本实施例为单相三柱式可控电抗器，工作绕组92套设在铁心柱91外，铁轭93，旁柱94与铁心柱91 构成“日，，字形结构，该“日，，字形结构为工作绕组92的导磁回路。矩形磁环模块95装设在旁轭93上，可增大可控电抗器控制范围。铁心柱91为图ID所示结构。
权利要求
1.一种磁环正交的可控电抗器，其特征在于所述的可控电抗器的铁心柱或旁柱或铁轭由多块磁环模块与垫块交替叠压构成，即相邻的两块磁环模块之间用垫块隔离；所述的磁环模块由铁磁材料及绕制在所述的铁磁材料上的正交控制绕组构成；所述的正交控制绕组与垫块在磁环模块平面上交替布置；所述的垫块沿磁环模块平面径向呈内外两圈布置； 所述的正交控制绕组为交流供电时，相邻绕组绕线方向相反；所述的正交控制绕组为直流供电时，相邻绕组绕线方向相同或相反；通过改变控制绕组的电流，改变所述的磁环模块内由正交控制绕组产生的与主磁通垂直的磁场，进而改变磁环铁心的磁导率，从而改变交流工作绕组的电抗值。
2.按照权利要求1所述的磁环正交的可控电抗器，其特征在于所述的磁环模块在主磁通通过方向上的形状为圆环形或空心的多边形；所述的磁环模块的横截面形状为矩形， 或者是带有边棱倒角的矩形、多边形、椭圆形或者圆形。
3.按照权利要求1所述的磁环正交的可控电抗器，其特征在于所述的垫块沿磁环模块平面径向布置为一圈或多圈。
全文摘要
一种磁环正交的可控电抗器，其铁心柱或旁柱或铁轭由多块具有相同或不同形状及尺寸的磁环模块与垫块交替叠压构成。所述的磁环模块由铁磁材料及绕制在所述的铁磁材料上的正交控制绕组构成。所述的正交控制绕组与垫块在磁环模块平面上交替布置。垫块沿磁环模块平面径向呈内外两圈布置，或者布置为一圈或多圈。所述的正交控制绕组为交流供电时，相邻绕组绕线方向相反；正交控制绕组为直流供电时，相邻绕组绕线方向相同或相反。通过改变控制绕组的电流，改变所述的磁环模块内由正交控制绕组产生的与主磁通垂直的磁场，进而改变磁环铁心的磁导率，从而改变交流工作绕组的电抗值。
文档编号H01F27/30GK102360844SQ20111014809
公开日2012年2月22日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者张国强, 李康, 郭润睿 申请人:中国科学院电工研究所