三相电抗器的电感平衡磁芯及三相电抗器的制作方法

本发明涉及电抗器技术领域，具体涉及一种三相电抗器的电感平衡磁芯及三相电抗器。

背景技术：

电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的电感性。然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器；有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入磁芯。电抗分为感抗和容抗，比较科学的归类是感抗器(电感器)和容抗器(电容器)统称为电抗器，然而由于过去先有了电感器，并且被称为电抗器，所以现在人们所说的电容器就是容抗器，而电抗器专指电感器。

三相交流电是我国电能输送最为常见的一种输送形式，简称为三相电。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。相与相之间的电压称为线电压，任两相之间的电压都是380v。相与中性点之间的电压称为相电压，任一相对中性点的电压都是220v。发电机发出的电源都是三相的，三相电源的每一相与其中性点都可以构成一个单相回路为用户提供220v电力能源。

在一般高功率应用的工业系统中，三相交流电是能源使用效率与稳定性上较佳的一种选择，常见于电动机、压缩机、变频器、逆变器、充电桩与通信电源等。在功率因子修正、电磁噪音抑制与电流纹波控制等因素要求上便常见到三相电抗器之踪影。在三相电抗器的设计规范中，该三组线圈的电感值必须控制在一定的差异范围内。传统习知的三相电抗器的磁路结构为e+e型的磁芯组合模式，透过中间磁柱的中间开气隙或三个接合面以垫片隔出气隙的方式来调整位于中间线圈电感偏高的现象。这个中间线圈电感会偏高的现象是由于中间线圈的磁动势所激发出磁通所走的磁路与外侧的两个线圈的磁动势所激发出磁通所走的磁路不同，且中间线圈激磁所走磁路的磁阻比外侧线圈的较低，磁阻低则电感量就高，故中柱气隙是为了调高中间线圈激磁所走磁路的磁阻以达到调降电感之目的。然而，在气隙边缘磁通会向外扩展，即扩散磁通(如图9)。这部分磁通是由于气隙磁势而产生，它在磁芯窗口中出现，在高频时会切割窗口中靠近气隙附近的导体造成涡流损耗，进而导致该区域导体的温升过高、减短了电抗器的使用寿命。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种三相电抗器的电感平衡磁芯及三相电抗器，用于解决由于电抗器磁芯气隙处线圈温度过高，而减少电抗器使用寿命的问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种三相电抗器的电感平衡磁芯，主要由上轭部、下轭部和三个磁柱组成的横向“日”字型磁芯，其特征在于：位于中间的磁柱的上下两端与上轭部和下轭部之间均设有气隙垫片。

进一步地，所述磁柱为若干磁块堆叠而成。

进一步地，所述磁柱竖向分为多层，每层均为多个磁块呈阵列排布。

进一步地，所述上轭部和下轭部均为若干磁块堆叠而成。

进一步地，所述上轭部和下轭部沿长度方向均设有三组磁块组，所述三组磁块组分别位于对应三个磁柱；每组磁块组包括竖向多层，每层为多个磁块并列布置而成。

进一步地，位于中间的磁块组朝向磁柱的一侧设有气隙垫片，位于两边的磁块组背向磁柱的一侧设有气隙垫片。

进一步地，所述磁块为软磁金属合金粉芯或非晶纳米晶粉芯或铁氧体制作而成的长方体结构。

一种三相电抗器，包括上述任一三相电抗器的电感平衡磁芯。

进一步地，所述三相电抗器的电感平衡磁芯的每个磁柱上均设有线圈，所述三相电抗器的电感平衡磁芯的上下两端各设有一个固定架，两个固定架之间通过固定螺丝固定连接。

本发明的有益效果为：本发明的磁芯通过将气隙设置在磁柱的上下两端，避开了线圈，使得三组线圈的电感达平衡状态时，没有扩散磁通现象，不对线圈造成涡流损耗，从而也不会引发线圈局部温度升高，用于解决由于电抗器磁芯气隙处线圈温度过高，而减少电抗器使用寿命的问题。

附图说明

图1为三相电抗器的电感平衡磁芯的正面示意图一。

图2为三相电抗器的电感平衡磁芯的侧面示意图一。

图3为三相电抗器的电感平衡磁芯的磁柱截面示意图一。

图4为三相电抗器的正面示意图。

图5为三相电抗器的侧面示意图。

图6为三相电抗器的电感平衡磁芯的正面示意图二。

图7为三相电抗器的电感平衡磁芯的侧面示意图二。

图8为三相电抗器的电感平衡磁芯的磁柱截面示意图二。

图9为透过femm(finiteelementmethodmagnetics磁学有限元法)软件对磁路结构为e+e型中柱开有气隙的磁芯组合模式进行磁场仿真所得之结构，显示出气隙边缘的扩散磁通现象。

图中：1、上轭部，2、下轭部，3、磁柱，4、气隙垫片，5、线圈，6、磁块，7、固定架，8、固定螺丝。20、e+e型磁芯，21、中间线圈，22、中柱气隙，23、磁通，24、扩散磁通。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明(如图1-9所示)。

一种三相电抗器的电感平衡磁芯，主要由上轭部1、下轭部2和三个磁柱3组成的横向“日”字型磁芯；所述上轭部1、下轭部2和磁柱3均为若干磁块6堆叠而成，所述磁柱3竖向分为多层，每层均为多个磁块6呈矩形阵列排布，所述上轭部1和下轭部2沿长度方向均设有三组磁块组，所述三组磁块组分别位于对应三个磁柱3；每组磁块组包括竖向多层，每层为多个磁块6并列布置而成；位于中间的磁块组朝向磁柱3的一侧设有气隙垫片4(位于中间的磁柱3的上下两端与上轭部1和下轭部2之间均设有气隙垫片4，所述气隙垫片4为非导磁性材料)，会造成两边的磁块组与中间的磁块组形成特定断差，位于两边的磁块组背向磁柱3的一侧设有气隙垫片4，使得该断差面通过气隙垫片4表面形成共平面。所述磁块6为软磁金属合金粉芯，如铁硅铝、铁硅、铁镍、铁硅镍等；或非晶纳米晶粉芯：或铁氧体，如锰锌铁氧体；制作而成的长方体结构。

一种三相电抗器，包括三相电抗器的电感平衡磁芯，所述三相电抗器的电感平衡磁芯的每个磁柱3上均设有线圈5，所述三相电抗器的电感平衡磁芯的上下两端各设有一个固定架7，两个固定架7之间通过固定螺丝8固定连接。所述固定架7是由两个能适度容纳上轭部1、下轭部2的金属材质机构件制做而成，且在该固定架7上设有多个螺丝预留孔。

三相电抗器的制作过程：(1)先对上轭部1、下轭部2和三个磁柱3中的小磁块进行胶合。其中上轭部1、下轭部2位于中间的磁块组胶合作业须考虑断差，故在胶合前可先裁切好适当面积、厚度的非导磁性材料气隙垫片4，将其贴附于磁块组对应位置，在将三个磁块组放平整，即可进行上轭部1、下轭部2胶合作业。(2)待各部件制作完毕后，可先将上轭部1、下轭部2分别置入固定架7中，并予以胶合固定。(3)在将磁柱3套入已绕制好的线圈5，再置于上轭部1、下轭部2之间。(4)最后再通过固定螺丝8将上下两个固定架7连接。

如图1、2、3、6、7、8所示，本申请中的上轭部1、下轭部2和磁柱3，由不同尺寸与不同数量的磁块6堆砌而成，其中气隙垫片4的布置方式相同。因此，对于不同功率要求的三相电抗器设计而言，本申请均可以不同尺寸与不同数量的磁块6堆砌方式，并搭配相应大小的气隙垫片4，来完成三相电抗器设计。是故，本申请的另一优点为，具有高度灵活与弹性来因应不同功率要求的三相电抗器设计要求。磁块6材料的选择、组立堆迭的方式、尺寸与数量等的设计是根据应用条件中的工作频率、最大负载电流与所需电感量来做评估的。在磁块材料的选择上，以软磁金属合金粉芯为主，如铁硅粉芯、铁硅铝粉芯、铁镍粉芯等，如工作频率超过100khz则锰锌铁氧体磁芯也会是一另种磁块材料的选择。唯有各区段磁块堆迭组设计完成，且尺寸定案后，其他的部件才能根据组立上所需之尺寸来进行设计。

三相电抗器的原理：在中间磁柱3上下两端设有气隙垫片4使得三组线圈的电感可达平衡状态；气隙垫片4位于导体线圈5之外侧，故气隙边缘的扩散磁通效应对导体线圈5的影响可降至最低，从而有效降低导体线圈5上不必要的涡流损耗，增加电抗器的使用寿命。

以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。