专利名称：可控电抗器的铁心结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电抗器的铁心结构，属于直流助磁可调电抗器技术领域。
背景技术：
电抗器是一种被广泛应用的电感器件，传统结构有空芯和铁芯两种。图I是铁芯电抗器的结构原理图，其中I-铁轭；21_芯柱铁心段；3_交流工作绕组；4_气隙垫块。该传统电抗器在额定电流下的电感是固定的，如需调节电感只有两个途径，一是改变匝数，调节是有级的，二是改变气隙大小，要连续调节气隙，需要有精密的机械传动装置，响应慢，噪声大。为提高电力系统运行性能和可靠性，对电感连续可调的电抗器需求日益增加，为此我国已经把新型可调电抗器的研究列入“九五”科技攻关项目。在现有各种类型可调电抗器中，占多数的是直流助磁可调电抗器，它是通过外加直流助磁来改变铁芯的磁饱和程度， 即改变铁芯的磁阻(或磁导)来改变电感。按照电抗器铁芯中直流控制磁场和交流工作磁场在空间方向上的关系，现有直流助磁可调电抗器分为纵向磁化和横向磁化二种类型的可调电抗器。纵向磁化可调电抗器中，直流控制和交流工作绕组轴线在空间方向上是重合的， 二者产生的磁通的方向也都沿芯柱的纵向轴线。以单相四柱为例，其结构原理图示于图2A、 图2B和图2C。图2A、图2B都是直流它助磁可调电抗器。其中20_主铁芯；3_交流工作绕组；5_直流控制绕组，6-旁轭。它助磁可调电抗器有单独的直流控制绕组5，它和交流工作绕组3间没有电气连接，只有磁的耦合，而二者的区别就在于前者(图2A)由外接直流电源U =提供直流控制电流；而后者(图2B)由直流控制绕组5自身通过二个晶闸管T在一个工频周期内轮流导通形成直流控制电流，D是续流二极管。图2C是直流自助磁可调电抗器，它将直流和交流工作绕组合二为一，由交流工作绕组3自身通过晶闸管T轮流导通产生可控的直流电流。可调电抗器由两个等截面的主铁芯20和为使电抗器的电流正负半波对称的二个旁轭6组成，交流控制磁通Φ 通过轭部形成回路，直流控制磁通Φ =通过二个主铁芯20闭合，为使主铁芯20易饱和，主铁芯柱20的截面小于旁轭6截面。也可在主铁芯20芯柱中增加一段或二段小截面段A1、A2，如图2D所示。小截面Al段犹如磁路的阀门，在调节范围内，大面积铁心段的工作状态始终处于磁路未饱和线性区，而小面积段处于逐渐饱和的曲线区，当小截面段完全饱和时，磁阻很大，犹如磁阀门关闭；反之当小截面段处于未饱和线性区，磁阻十分小，磁力线几乎完全从中通过，犹如磁阀门打开，故这种有小截面的可调电抗器又称为磁阀式可控电抗器。此外，当我们将四柱可调电抗器中二个旁轭合在一起时就成为三柱结构的可调电抗器，取消旁轭，就成为二柱可调电抗器。从图2A-2C 图中可以看出直流(控制)和交流(工作)绕组产生的磁通Φ =、Φ 的方向都是沿芯柱的纵向，故称为纵向磁化可调电抗器。横向磁化的可调电抗器尚处在研究阶段，其中一种试验样品如图2E所示，直流 (控制)绕组和交流(工作)绕组轴线在空间方向上是垂直的，二者产生的磁通相互垂直，交流控制磁通Φ 沿铁芯纵向，则直流控制磁通Φ =沿铁芯横向流通。改变直流(控制) 电流，即可改变铁芯的饱和程度，调节电感。以上各种可调电抗器的铁心结构，芯柱和绕组数量多，尤其是三相可调电抗器芯柱数量多达六柱。在纵向磁化的电抗器的铁心中，交流高压和直流低压绕组套在同一芯柱上，为保证绝缘可靠增加了尺寸和重量。而自助磁电抗器的铁心中，虽然将交流和直流绕组有机地结合在一起，无需外加励磁，结构简化，损耗降低，但用于高压电网对晶闸管，续流二极管均处在高压电路中控制、隔离和元件保护等变得复杂，成本增加。在以上直流助磁电抗器中，为调节电感，铁芯饱和程度逐渐增加，损耗和谐波含量也随之增加。横向磁化的电抗器的铁心结构复杂难以制造。因此，一种既能实现通过改变直流电流调节电感，又能使结构简单、并减少铁心柱数量、取消旁轭，且在直流绕组和交流绕组之间不需要特殊绝缘处理的可控电抗器的铁心结构成为本领域技术人员追求的目标。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决现有的现有可控电抗器中直流控制绕组与交流工作绕组同向或者反向设在电抗器铁心柱上，使得它助磁电抗器芯柱和绕组数量多，从而导致电抗器整体结构庞大、成本提高的问题。本实用新型的另一目的在于解决现有的直流助磁式可控电抗器需要对交直流绕组进行绝缘处理的问题。为实现上述目的本实用新型采用的技术方案为一种可控电抗器的铁心结构，其包括电抗器铁轭、电抗器铁心柱；其特征在于所述电抗器铁心柱包括至少一个铁心段，在所述电抗器的每相铁心柱中的至少一个铁心段的位置置换为一直流控制单元；所述直流控制单元产生与该直流控制单元所在电抗器铁心柱中的交流磁通方向同向和垂直的正交直流磁通。其中，所述的直流控制单元包括直流控制铁心和直流控制绕组。作为优选，所述直流控制铁心包括直流控制铁轭和直流控制铁心柱，所述直流控制绕组绕制在直流控制铁心柱上；所述直流控制铁心柱与电抗器铁心柱垂直或平行设置。为了减少交、直流绕组之间的绝缘处理，作为优选，所述直流控制单元的横向宽度不超过所述电抗器铁心柱的宽度。如此设计，可以使直流绕组与交流绕组间的绝缘不需要特殊处理。作为优选，所述直流控制单元中至少设有一个气隙垫块。为了直流控制单元安装以及接线方便，所述直流控制绕组最好设在所述电抗器铁心柱的上或/和下端。作为优选，在所述电抗器铁心段与电抗器铁轭之间、或所述电抗器铁心段之间、或所述电抗器铁心段与直流控制单元之间设有气隙垫块。本实用新型提供一种新型的电抗器铁心结构，将电抗器的直流控制单元设在电抗器铁心柱的位置上，或者说将每相电抗器铁心柱的至少一个铁心段置换为一个直流控制单元；直流控制单元产生与该直流控制单元所在电抗器铁心柱中的交流磁通方向同向和垂直的正交直流磁通。可以通过改变直流控制绕组中的电流大小来改变电抗器铁心中的磁通，
4进而达到控制和调节电抗的目的。本实用新型的电抗器铁心结构与现有的它助磁电抗器相比，心柱数量减少、铁心高度减小。其与普通电抗器的结构相同，不需要增加旁轭，其直流控制部分是设在铁心柱内，因此，其具有结构简单，体积小的优点。与自助磁电抗器相比，不需要对控制元件晶闸管、续流二极管等电器元件处在高压电路中进行控制、隔离和元件保护。本实用新型在电抗器的铁心柱内设置直流控制单元，因电抗器的铁心柱接地，直流绕组电压很低，且直流控制单元横向(幅向)尺寸不超出电抗器的铁心柱的尺寸，不仅减小了直流绕组的尺寸，且直流绕组与交流绕组间的绝缘不需要特殊处理，大大节省了成本。 如受到尺寸限制，直流控制单元的横向(幅向)尺寸超出电抗器的铁心柱尺寸，相对不超出的情况只会增加较少的成本，但性能不会有任何改变。通过在直流控制单元的铁心柱中放置一定大小的气隙，可以调整外加控制电流的大小，适应使用现场的条件，气隙大时，所需的控制电流大，气隙小时，所需的控制电流很小即可达到电抗器电抗的调整范围；因此可以根据客户的调整电流大小的需要，调整气隙的大小和多少。同时，放置气隙后，随着直流电流的增加，直流控制单元的铁心磁通增大，逐渐趋于饱和，因此可以起到降低可控电抗器中谐波成分的作用。本实用新型的直流控制单元的直流控制铁心，直接设在电抗器交流绕组的铁心柱内或者替换原交流工作绕组的一个或数个铁心段，整体结构简单，易于加工。采用本实用新型的铁心结构，由于在铁心柱中直接设有直流控制单元，无需另在铁心柱外绕制直流控制绕组，在实现无级可调的前提下，可以避免交流绕组和直流绕组之间相互影响，大大降低可控电抗器的谐波成分，不需要再额外增加滤波装置，减少了对电网的谐波污染和对其他设备的影响，在低压、高压、超(特)高压电网中均可应用。
图I是现有传统铁芯电抗器的结构示意图。图2A是现有具有单独直流电源的它助磁单相可调电抗器。图2B是现有自身供电的它助磁单相可调电抗器。图2C是现有直流自助磁单相可调电抗器。图2D是现有直流自助磁单相可调电抗器的磁阀结构原理图。图2E是现有横向磁化的可调电抗器的原理图。图3是本实用新型所述可控电抗器的铁心结构实施例一的示意图。图4是本实用新型所述可控电抗器的铁心结构实施例二的结构示意图。图5A 图5H是本实用新型所述可控电抗器的铁心结构的直流控制单元的结构示意图。图6是本实用新型所述可控电抗器的铁心结构实施例三的结构示意图。图7是本实用新型所述可控电抗器的铁心结构实施例四的结构示意图。
具体实施方式
实施例一，参见图3，图中展示了本实用新型的一种单相可控电抗器的铁心结构， 其包括电抗器铁轭I、电抗器铁心柱2,本实施例中电抗器铁心柱2包括3个铁心段21,在各电抗器铁心段21之间以及与铁轭之间设有气隙垫块4 ;本实用新型的特点是所述电抗器的每相铁心柱2中还设有一个直流控制单元22，或者说该直流控制单元22替代了原有铁心柱2中的一个铁心段21 ;直流控制单元22产生与该直流控制单元22所在电抗器铁心柱2 中的交流磁通方向同向和垂直的正交直流磁通。本实施例中，两个直流控制单元22的铁心柱的方向与电抗器的铁心柱2的方向呈垂直设置。直流控制单元22的横向宽度与所述电抗器铁心柱2的宽度相同，可以不需要对直流控制单元22另作绝缘处理，降低了电抗器的生产成本。具体地，参见图5A，其中，直流控制单元22包括由直流控制铁心柱222和铁轭221 构成的直流控制铁心和直流控制绕组223，本实施例中，该直流控制铁心是壳式铁心。直流控制单元22在直流铁心柱222和铁轭221间形成两个环绕的直流控制磁通Φ =，在直流控制铁心的铁心柱222上的直流控制磁通Φ =为横向，与电抗器交流工作绕组3 (交流工作绕组3如图3中双点划线所示)的产生的纵向磁场方向垂直；在直流控制铁心的铁轭221 段上的直流控制磁通Φ =为纵向，与电抗器交流工作绕组3的产生的纵向磁场方向相同； 即本实用新型所述的直流控制单元22既产生纵向磁化，也产生横向磁化。本实用新型如此设置直流控制单元22，使电抗器的铁心饱和仅出现在该段内，能减少电抗器铁心损耗和电抗器谐波成分。而且，最好直流控制单元22的横向宽度不超过所述电抗器铁心柱2的宽度， 这样可以不需要对直流控制单元22与交流绕组3之间另作绝缘处理，从而降低电抗器的生产成本。实施例二，参见图4，图中展示了本实用新型另一种不同结构的可调三相电抗器的铁心结构。其为，与实施例一的区别仅是增加了一个铁心柱2，在每一个铁心柱2中均设有两个直流控制单元22。实施例三，本实用新型的电抗器铁心结构显然不限于上述两个实施例中的结构。 参见图6，与实施例二不同之处是其中图6所示电抗器铁心结构的铁轭为“一”字形铁轭， 铁心柱2包括四个铁心段，其中上面的第2个铁心段置换为直流控制单元22。直流控制单元22参见图5C，铁心为二柱式结构，直流控制绕组223分别绕在二个直流控制铁心柱222 上，为满足控制特性的要求，可在直流控制单元22中放置气隙，在直流控制铁心柱222和直流控制铁轭221之间设有气隙垫块224，在铁心柱222和铁轭221间形成环绕的直流控制磁通Φ =。该直流控制单元22在铁心柱222上的直流控制磁通Φ =与电抗器交流工作绕组3的磁通Φ 的方向相同，在铁轭221上的直流控制磁通Φ =与电抗器交流工作绕组 3的磁通Φ 的方向垂直。实施例四，图7展示的电抗器的铁心结构，其上、下铁轭11、12为山字型；每相铁心柱2中有两个铁心段21，上面的铁心段被一直流控制单元22置换，参见图5B，该直流控制单元22的铁心为壳式铁心，中间的直流控制铁心柱222上设有直流控制绕组223，在铁轭 221和直流控制铁心柱222之间设有气隙垫块224，在铁心柱222和铁轭221上形成两个矩形的直流控制磁通Φ =，既产生与电抗器交流工作绕组3的磁通Φ 相同纵向磁化；也产生与工作绕组3的磁通Φ 垂直的横向磁化。参见图 图5H，图中展示了与上述实施例不同的直流控制单元22的结构形式， 其包括直流控制铁轭221、直流控制铁心柱222和直流控制绕组223，铁心221是三柱式(图 5E 图5G)，也可以是二柱式(图 、5Η)或其它结构。为满足用户对控制特性的要求，也可在控制单元铁心221中放置一定大小的气隙垫块224，如图5E-5H所示。参见图3、4，图中展示了采用本实用新型的铁心结构的可调电抗器的原理，电抗器铁心柱中两个交流工作绕组3产生沿铁心柱纵向的交流控制磁通Φ ，直流控制单元22 在铁心段2中产生直流控制磁通Φ =，其方向既有与交流控制磁通Φ 相同的纵向，又有垂直交流控制磁通Φ 的横向，当增加直流电流时，直流控制单元22的铁心逐渐饱和，磁阻增加，对于交流工作绕组3而言相当于电抗器铁心柱2气隙增加，所以电抗器电感值减小；相反，当减小直流控制单元22的电流时，电抗器电感值增大。应说明的是，本实用新型所述的铁心结构，直流控制单元22数量是根据电抗器的电抗值调整的范围不同而进行选择的。当电抗值调整范围较小时，可在电抗器每相铁心柱 2中放置一个直流控制单元22，当电抗值调整范围较大时，可在电抗器每相铁心柱2中放置二个或多个控制单元22。而且，直流控制单元22所在的位置也可上下调整，放在电抗器铁心柱2的上下任何位置均可，可以根据需要选择不同的适宜位置设置直流控制单元。上述实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，在本实用新型构思之下，还存在很多的等效替换方式，本实用新型旨在提供一种可控电抗器的铁心结构，其特点是在铁心柱中设置有直流控制单元，其有效解决了现有直流控制电抗器中直流控制绕组和交流工作绕组相互影响的问题，能有效降低电抗器的谐波成分，以及现有可调电抗器芯柱和绕组数量多的问题。本领域技术人员在此基础上的变化，例如，改变直流控制单元的直流控制铁心柱的横截面，例如矩形、圆形、椭圆形、长圆形，改变电抗器铁心柱的气隙数量等，均应在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种可控电抗器的铁心结构，其包括电抗器铁轭、电抗器铁心柱；其特征在于所述电抗器的每相铁心柱包括至少一个铁心段，在所述电抗器的每相铁心柱中的至少一个铁心段的位置置换为一直流控制单元；所述直流控制单元产生与该直流控制单元所在电抗器铁心柱中的交流磁通方向同向和垂直的正交直流磁通。
2.根据权利要求I所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于所述的直流控制单元包括直流控制铁心和直流控制绕组。
3.根据权利要求2所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于所述直流控制铁心包括直流控制铁轭和直流控制铁心柱，所述直流控制绕组绕制在直流控制铁心柱上；所述直流控制铁心柱与电抗器铁心柱垂直或平行设置。
4.根据权利要求1-3其中任一项所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于所述直流控制单元的横向宽度不超过所述电抗器铁心柱的宽度。
5.根据权利要求1-3其中任一项所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于在所述直流控制单元中至少设有一个气隙垫块。
6.根据权利要求4所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于在所述直流控制单元中至少设有一个气隙垫块。
7.根据权利要求1-3其中任一项所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于所述直流控制绕组设在所述电抗器铁心柱的上或/和下端。
8.根据权利要求4所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于所述直流控制绕组设在所述电抗器铁心柱的上或/和下端。
9.根据权利要求5所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于所述直流控制绕组设在所述电抗器铁心柱的上或/和下端。
10.根据权利要求6所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于所述直流控制绕组设在所述电抗器铁心柱的上或/和下端。
11.根据权利要求1-3其中任一项所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于在所述电抗器铁心段与电抗器铁轭之间、或所述电抗器铁心段之间、或所述电抗器铁心段与直流控制单元之间设有气隙垫块。
12.根据权利要求4所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于在所述电抗器铁心段与电抗器铁轭之间、或所述电抗器铁心段之间、或所述电抗器铁心段与直流控制单元之间设有气隙垫块。
13.根据权利要求5所述的可控电抗器的铁心结构，其特征在于在所述电抗器铁心段与电抗器铁轭之间、或所述电抗器铁心段之间、或所述电抗器铁心段与直流控制单元之间设有气隙垫块。
专利摘要本实用新型涉及一种可控电抗器的铁心结构，其包括电抗器铁轭、电抗器铁心柱；所述电抗器每相铁心柱包括至少一个铁心段，在所述电抗器的每相铁心柱中的至少一个铁心段的位置置换为一直流控制单元。本实用新型的电抗器的铁心结构无需在铁心柱外再绕制直流控制绕组，其具有结构简单，不需要再额外对交流绕组和直流绕组之间进行绝缘处理，适于低压、高压、超(特)高压电网中应用。
文档编号H01F27/24GK202352496SQ20112048641
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年7月28日
发明者宗宝峰, 李淑芹, 谭勇 申请人:新华都特种电气股份有限公司