换相电感及含有该换相电感的中频电源设备的制作方法

本实用新型涉及中频电源装置技术领域，更具体地说，它涉及一种换相电感及含有该换相电感的中频电源设备。

背景技术：

中频电源是一种静止变频装置，能将三相工频电源变换成单相电源。在中频电源空载或轻载时，换相电感引入电流，使电容换相充分，同时能起到保护电路的作用。

现有技术中的换相电感，由于电感线圈通电时会产生磁场，根据左手定则，通电线圈在磁场中将会受到电磁力的作用，而该电磁力的大小和方向与线圈中的电流大小和方向有关。在特定情况下（如短路等情况），电感线圈在电磁力的作用下相互排斥，伴随着拉弧现象，在短时间内使得电感线圈爆裂，导致安全事故的发生。针对上述问题，专利公告号为CN203966796U的中国专利，提出了一种中频电源用浇注式电感。包括空开连接铜排，电感线圈，可控硅连接铜排及用于浇注的环氧树脂，所述环氧树脂填充在电感线圈的匝间，空开连接铜排及可控硅连接铜排分别与电感线圈连接，空开连接铜排用于连接空开，将电源引到电感线圈，可控硅连接铜排将电源引到整流可控硅，环氧树脂浇注材料一方面填充电感的匝间，可以保证线圈匝间不拉弧，另一方面环绕在线圈周围，提高绝缘等级。

但在实际运用中发现，由于电感线圈本身存在电阻，电流流过线圈时将会产生电热效应，即Q=U²t/R=I²Rt。将电感线圈埋设于环氧树脂中并不利于上述热量的排除，使用时随着温度的升高，将会导致电感线圈的融化变形甚至是炸裂。在中频感应炉所采用的中频电源中，由于电流值巨大，上述问题十分明显。再次，由于电流的圆环效应和集肤效应，导致通电电感线圈中的电流大多分布于电感线圈靠近轴心线一侧的表面，电阻较大，能源损耗较大。

技术实现要素：

针对实际运用中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可以提供水冷降温作用同时又保证电能损耗较小，短路时机械强度大，电感线圈不易拉散的换相电感，目的二在于提出一种含有上述换相电感的中频电源设备，具体方案如下：

一种换相电感，包括由导电线圈并排绕制而成的电感线圈，以及设于电感线圈端部的导电电极板，所述电感线圈的外部包覆有一防止电感线圈由于电斥力而炸裂的保护壳，所述导电线圈沿其长度方向呈中空设置形成一水冷通道，所述导电线圈的两端一体成型设置有与所述水冷通道相连通的进水管和出水管；所述导电线圈侧壁的电阻阻值大小与其距离电感线圈轴线的距离大小呈正相关设置。

上述技术方案，导电线圈在通电时会产生热量，通过设置水冷通道，可以利用水冷通道中的水将热量吸收并排除，避免电感线圈由于温度过高而烧毁；并且，由于电流在通过圆环形的导电线圈时会存在圆环效应，即电流总是靠近电感线圈轴线所在的一侧大，而远离电感线圈轴线的一侧小，通过根据导电线圈各部分与电感线圈轴线之间的距离变化调节导电线圈各个部分的电阻阻值分布，使得电流通过导电线圈时所消耗的电能（Q= I²Rt）较小，产生的热量降低。由此，通过及时排除电感线圈所产生的热量以及减少电感线圈热量的产生，双管齐下，有效地避免了换相电感由于温度过高而发生安全事故。

进一步的，所述导电线圈侧壁的厚度沿其远离电感线圈轴线的方向逐渐减小。

通过上述技术方案，使得导电线圈距离电感线圈轴线所在一侧的侧壁厚度最大，相应的电阻值最小。当电流通过导电线圈时，由于圆环效应的作用，电流集中于导电线圈靠近电感线圈轴线所在一侧的侧壁中，由于该部分电阻值最小，由此电流通过导电线圈时消耗的电能最少，产生的热量最低。

进一步的，所述导电线圈的侧壁上靠近电感线圈的轴线一侧设置有用于减小电阻阻值的导电材料层。

通过上述技术方案，有效减小了导电线圈靠近电感线圈轴线一侧侧壁的阻值大小，从而减小了电流通过导电线圈时的电能损耗，并由此减少热量的产生。

进一步的，所述导电线圈沿垂直于其长度方向的截面形状呈矩形设置，且导电线圈靠近电感线圈轴线的一侧壁厚度大于剩余侧壁的厚度。

进一步的，所述导电线圈、导电电极板以及进水管、出水管均由铜制成。

进一步的，所述保护壳上固定设置有安装板，所述安装板上开设有安装孔。

通过上述技术方案，使得整个换相电感安装都十分方便。

进一步的，相邻两个导电线圈之间连接设置有用于防止二者相互远离运动的捆绑件。

通过设置上述方案，使得导电线圈之间不易炸裂分离，增强换相电感工作的稳定性。

本实用新型还提供一种中频电源设备，包括整流系统和逆变系统，还包括上述换相电感，其中，所述换相电感的导电电极板与所述逆变系统电连接。

由于中频电源中换相电流十分巨大，通过上述技术方案，可以提高中频电源工作的稳定性与安全性，降低能耗。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

（1）通过适应性地设置导电线圈的壁厚，使得整个导电线圈的电能损耗被有效地降低，减少热量的产生；

（2）通过设置保护壳以及捆绑件，可以避免电感线圈在电斥力的作用下发生爆裂，提高换相电感的安全性；

（3）通过在组成电感线圈的导电线圈中设置水冷通道，使得整个换相电感产生的热量能够及时地被排除，避免换相电感由于过热而爆裂。

附图说明

图1为本实用新型换相电感实施例一的整体示意图；

图2为换相电感的局部剖视图；

图3为图1中沿A-A线的剖视图；

图4为本实用新型换相电感实施例二的剖面示意图；

图5为图4中A部的局部放大示意图。

附图标志：1、换相电感；2、导电线圈；3、电感线圈；4、导电电极板；5、保护壳；6、环氧树脂；7、水冷通道；8、进水管；9、出水管；10、导电材料层；11、安装孔；12、捆绑件。

具体实施方式

下面结合实施例及图对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

实施例一

如图1和图2所示，一种换相电感1，包括由导电线圈2并排绕制而成的电感线圈3，以及设于电感线圈3端部的导电电极板4，电感线圈3的外部包覆有一防止电感线圈3由于电斥力而炸裂的保护壳5，所述保护壳5由环氧树脂6浇筑而成，整个换相电阻呈圆柱体形。

导电线圈2沿其长度方向呈中空设置形成一水冷通道7，导电线圈2的两端一体成型设置有与水冷通道7相连通的进水管8和出水管9，进水管8和出水管9分别用于与外部的制冷水管相连通。

由于电流在通过圆环形的导电线圈2时会存在圆环效应，即电流总是靠近电感线圈3轴线所在的一侧大，而远离电感线圈3轴线的一侧小，由此，为了减少电能的损耗，减少点热量的产生，导电线圈2侧壁的电阻阻值大小与其距离电感线圈3轴线的距离大小呈正相关设置。

如图3所示，导电线圈2侧壁的厚度沿其远离电感线圈3轴线的方向减小。使得导电线圈2距离电感线圈3轴线所在一侧的侧壁厚度越大，相应的电阻值越小（由电阻计算公式R=P•L\S可以看出，横截面积S越大，电阻R越小）。当电流通过导电线圈2时，由于圆环效应的作用，电流集中于导电线圈2靠近电感线圈3轴线所在一侧的侧壁中，由于该部分电阻值最小，由电热产生公式Q =I²Rt可知，在电流大小不变的情况下，电阻越小产生的热量越小。因此上述技术方案可以使得电流通过导电线圈2时消耗的电能最少，产生的热量相对也会较低。

在本实用新型中，优选的，导电线圈2垂直于其长度方向的截面呈中空的矩形，且导电线圈2靠近电感线圈3轴线的一侧壁厚度大于剩余侧壁的厚度。上述设置，方便生产的同时也保证了电流圆环效应产生的热效应尽可能降低。

为了保证导电线圈2的导电性，并且满足工业生产的实用性，在本实用新型中，导电线圈2、导电电极板4以及进水管8、出水管9均由铜或者其它导电合金制成。

为了使得整个换相电感1安装方便，在保护壳5上固定设置有安装板，安装板上开设有安装孔11，如图1所示，本实用新型中，安装板与导电电极板4实现复用，即在导电电极板4上开设安装孔11方便安装。

为了避免导电线圈2之间由于电斥力的作用而炸裂分离，增强换相电感1工作的稳定性，相邻两个导电线圈2之间连接设置有用于防止二者相互远离运动的捆绑件12，上述捆绑件12由非导电材料组成，如尼龙绳等。

实施例二

如图4和图5所示，一种换相电感1，与实施例一的区别在于：导电线圈2的侧壁上靠近电感线圈3的轴线一侧设置有用于减小电阻阻值的导电材料层10。上述导电材料层10由金属渗透工艺制成或者是焊接成型，例如在上述铜制导电线圈2靠近电感线圈3轴线一侧的侧壁上加入金属银或者镀银等。同增大导电线圈2的横截面积类似，上述方案有效减小了导电线圈2靠近电感线圈3轴线一侧侧壁的阻值大小，从而减小了电流通过导电线圈2时的电能损耗，由此减少热量的产生。

上述实施例一和实施例二的有益效果在于：首先，使用时可以利用水冷通道7中的水将热量吸收并排除，避免电感线圈3由于温度过高而烧毁。其次，加设环氧树脂6制成的保护壳5，提升电感线圈3绝缘性的同时降低了电感线圈3在受到电斥力时炸裂的风险。最后，根据导电线圈2各部分与电感线圈3轴线之间的距离变化调节导电线圈2各个部分的电阻阻值分布，使得电流通过导电线圈2时所消耗的电能较小，产生的热量降低。由此，在提高热量排除效率的同时减少热量的产生，有效地避免了换相电感1由于温度过高而发生炸裂等安全事故。

基于上述换相电感1，本实用新型还提供一种中频电源设备，包括整流系统和逆变系统，还包括上述水冷换相电感，其中，换相电感1的导电电极板4与逆变系统电连接。由于中频电源中换相电流十分巨大，通过上述技术方案，提高中频电源工作的稳定性与安全性，降低能耗。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。