三相空心电抗器的制作方法

1.本发明涉及电力机车车辆用变压器电抗器技术领域，具体而言，涉及一种三相空心电抗器。


背景技术：

2.电抗器是依靠在空气中漏磁来储存能量，在igbt关断时电抗器释放能量，在igbt导通时电抗器充磁蓄能，从而将开关电源的方波电流平滑为连续的电流，降低系统电流冲击，实现系统的减震降噪。
3.通常三相电抗器采用铁芯电抗器设计通过在铁芯中间加气隙隔断，增加漏磁量实现储能续流功能。但是铁芯电抗器与空心电抗器相比有以下缺点：首先，储能量少，磁阻小，充放磁能的时间常数（τ）小，导致其平滑电流的能力小，系统电流变化率（di/dt）大，整个系统电路因电流高频波动产生的电动力，使得机械结构颤振严重，形成噪音。
4.其次，其自身铁芯在反复充放磁时变成一单频纯音源，整个系统的电磁噪声超标，且尖锐刺耳。
5.而空心电抗器可以完全解决铁芯电抗器的缺点，对抑制牵引系统噪声效果非常好，但由于其存在以下缺点： 磁路没有铁芯束缚，漏磁在空气中选择磁阻最小的路径构成闭环，因而漏磁会穿透周边磁导率较高的设备，导致电感量不受控制地异变；漏磁距离远，容易对车内乘客造成磁场辐射，对地面信号系统产生干扰. 周边设备在高频磁场中发热，严重时会烧损甚至起火；如果做成三相空心电感，三相线圈中的磁路或相互缠绕交链，产生严重互感，在变流器工作时，造成电源的相与相之间互相干扰。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种三相空心电抗器，以解决优化三相空心电抗器的使用性能的技术问题。
7.本发明的三相空心电抗器是这样实现的：一种三相空心电抗器，包括：三个结构相同的单相电感单元；每个单相电感单元均包括空心线圈、绕设在空心线圈周向外侧的第一磁屏蔽结构，以及对称设置于空心线圈的两侧且与该空心线圈的中心相对的一对第二磁屏蔽结构；其中所述第一磁屏蔽结构上设有至少一个开口；以及所述第二磁屏蔽结构包括沿空心线圈的中心向周向外侧呈辐射状间隔分布的多个磁屏蔽块。
8.在本发明可选的实施例中，三个所述单相电感单元呈“工”字 形布置以使每相邻的两个单相电感单元垂直分布。
9.在本发明可选的实施例中，三个所述单相电感单元呈“十”字 形布置以使每相邻的两个单相电感单元垂直分布。
10.在本发明可选的实施例中，三个所述单相电感单元通过固定板集成为一整体构件。
11.在本发明可选的实施例中，所述空心线圈的轴向截面为矩形结构；该矩形结构的
四个端角为圆弧过渡；以及所述空心线圈的中心的截面为矩形结构。
12.在本发明可选的实施例中，位于空心线圈同一侧的多个磁屏蔽块包括分别对应矩形结构的空心线圈的中心的四个转角处的的四个结构相同的转角磁屏蔽块，以及分别对应矩形结构的空心线圈的中心的两条长边沿间隔设置的三个结构相同的边侧磁屏蔽块。
13.在本发明可选的实施例中，所述转角磁屏蔽块的尺寸大于所述边侧磁屏蔽块的尺寸。
14.在本发明可选的实施例中，所述第一磁屏蔽结构与空心线圈的周向外侧之间存在间隙；以及一对所述第二磁屏蔽结构均与空心线圈的两个侧端面之间存在间隙。
15.在本发明可选的实施例中，所述第一磁屏蔽结构通过第一支撑构件绕设在空心线圈的周向外侧。
16.在本发明可选的实施例中，位于空心线圈同一侧的多个磁屏蔽块通过环氧树脂浇注或真空浸漆成型为块状结构体；以及所述块状结构体通过第二支承构件与空心线圈相连。
17.相对于现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：本发明的三相空心电抗器，其中使用的单相电感单元，包括空心线圈和第一磁屏蔽结构以及第二磁屏蔽结构。其中的空心线圈可以增大磁阻，使电抗器的充放能量的时间常数τ增大，平波效果增强，使得每一相电感单元的系统电路的电流波形更加平滑，系统噪音下降。第一磁屏蔽结构和第二磁屏蔽结构的配合可以减小传统空心电抗器的磁场辐射范围，有效降低电抗器对轨道信号干扰，避免电抗器漏磁通在周边设备上的涡流发热，也使得三相磁通互相独立，互不交链，相间互感效应降低。与现有技术中传统的只有四面屏蔽的壳式电抗器相比，本发明的三相空心电抗器结构可以实现六个面上的漏磁屏蔽，漏磁辐射更低，安装不用考虑漏磁面，当本发明的三相空心电抗器应用在轨道交通捷运车辆中时，车下布置不受限制。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
19.图1示出了本发明实施例提供的三相空心电抗器的单相电感单元的第一视角结构示意图；图2示出了本发明实施例提供的三相空心电抗器的单相电感单元的第二视角结构示意图；图3示出了本发明实施例提供的三相空心电抗器的单相电感单元的在一种可选的实施情况下的结构示意图；图4示出了本发明实施例提供的三相空心电抗器呈“工”字形结构的第一视角示意图；图5示出了本发明实施例提供的三相空心电抗器呈“工”字形结构的第二视角示意图；图6示出了本发明实施例提供的三相空心电抗器呈“十”字形结构的第一视角示意图；图7示出了本发明实施例提供的三相空心电抗器呈“十”字形结构的第二视角示意图。
20.图中：空心线圈1、第一磁屏蔽结构2、开口21、转角磁屏蔽块31、侧磁屏蔽块32、第一支撑构件4、第二支承构件5、块状结构体6。
具体实施方式
21.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
22.参照图1至图7所示，本实施例提供了一种三相空心电抗器，适用于应用在三相交流供电的捷运轨道交通车辆中，具体的本实施例的三相空心电抗器，包括：三个结构相同的单相电感单元；每个单相电感单元均包括空心线圈1、绕设在空心线圈1周向外侧的第一磁屏蔽结构2，以及对称设置于空心线圈1的两侧且与该空心线圈1的中心相对的一对第二磁屏蔽结构；其中第一磁屏蔽结构2上设有至少一个开口21；以及第二磁屏蔽结构包括沿空心线圈1的中心向周向外侧呈辐射状间隔分布的多个磁屏蔽块。本实施例附图仅仅以在第一磁屏蔽结构2上开设对称分布的两个开口21的情况为例。
23.本实施例通过在第一磁屏蔽结构2上设有的至少一个开口21的设计结构可以避免铁芯封闭构成单匝电路，形成变压器效应，造成电路短路失效的问题。
24.第二磁屏蔽结构包括的多个磁屏蔽块沿空心线圈1的中心向周向外侧呈辐射状的结构设计使得本实施例的三相空心电抗器可以与环境空气形成自然对流；可以设计成车辆走行风冷，无需强迫冷却。
25.一种可选的实施情况下，三个单相电感单元呈“工”字 形布置以使每相邻的两个单相电感单元垂直分布。另一种可选的实施情况下，三个单相电感单元呈“十”字 形布置以使每相邻的两个单相电感单元垂直分布。通过每相邻的两个单相电感单元垂直分布使得每相邻的两个单相电感单元的空心线圈1垂直布置，从而使得形成的三相空心电抗器之间的互感系数控制在0.2%，满足轨道交通捷运车辆的牵引系统的相间互感要求。
[0026]“工”字 形或者“十”字 形结构的布置可以减小相与相之间线圈的磁路铰链，最大限度降低相相之间的互感效应，使得单相谐波不会通过互感传导到其他两次相。与共轭的芯式或壳式三相电抗器相比，该结构配合磁屏蔽可以使相相之间的互感降低一个数量级。经实际测试发现，共轭的芯式或壳式三相电抗器的互感只能做到小于50μt, 而采用本实施例的三相空心电抗器的互感小于5μt。
[0027]
需要加以说明的是，三个单相电感单元可以通过固定板按照“工”字 形或者“十”字 形集成为一整体构件来形成三相空心电抗器；还可以是每个单相电感单元分别加设外壳体来形成一个独立的整体构件，在具体的使用过程中，将三个独立的单相电感单元排布成“工”字 形或者“十”字 形结构。上述两种使用情况均可满足本实施例的使用需求，对此本实施例不做绝对限定。在车型体积较小时可以有效利用车下空间闲置的空隙，可以是单相电感单元作为一个独立的个体来分散安装。而在空间允许情况下可以三个单相电感单元集成为一个整体来安装，因此，上述两种情况适用于不同的车下设计的需要。
[0028]
需要加以说明的是，本实施例的空心线圈1的轴向截面为矩形结构；该矩形结构的四个端角为圆弧过渡；以及空心线圈1的中心的截面为矩形结构。空心线圈1的轴向截面为矩形结构可以提高空心线圈1的空间充填率，有效利用车下空间，缩小整体的三相空心电抗器的体积和安装空间。
[0029]
在上述结构的基础上，位于空心线圈1同一侧的多个磁屏蔽块包括分别对应矩形结构的空心线圈1的中心的四个转角处的的四个结构相同的转角磁屏蔽块31，以及分别对应矩形结构的空心线圈1的中心的两条长边沿间隔设置的三个结构相同的边侧磁屏蔽块32。此处优选的一种情况下，转角磁屏蔽块31的尺寸大于边侧磁屏蔽块32的尺寸以避免磁饱和。
[0030]
再者，对于本实施例的三相空心电抗器，还有必要加以说明的是，第一磁屏蔽结构2与空心线圈1的周向外侧之间存在间隙；以及一对第二磁屏蔽结构均与空心线圈1的两个侧端面之间存在间隙。
[0031]
在上述结构的基础上，可选的情况下，对于第一磁屏蔽结构2来说，第一磁屏蔽结构2通过第一支撑构件4绕设在空心线圈1的周向外侧。对于第二磁屏蔽结构来说，位于空心线圈1同一侧的多个磁屏蔽块通过环氧树脂浇注或真空浸漆成型为块状结构体6；以及块状结构体6通过第二支承构件5与空心线圈1相连。
[0032]
综上，对于本实施例的三相空心电抗器来说，其中使用的单相电感单元，包括空心线圈1和第一磁屏蔽结构2以及第二磁屏蔽结构。其中的空心线圈1可以增大磁阻，使电抗器的充放能量的时间常数τ增大，平波效果增强，使得每一相电感单元的系统电路的电流波形更加平滑，系统噪音下降。第一磁屏蔽结构2和第二磁屏蔽结构的配合可以减小传统空心电抗器的磁场辐射范围，有效降低电抗器对轨道信号干扰，避免电抗器漏磁通在周边设备上的涡流发热，也使得三相磁通互相独立，互不交链，相间互感效应降低。与现有技术中传统的只有四面屏蔽的壳式电抗器相比，本发明的三相空心电抗器结构可以实现六个面上的漏磁屏蔽，漏磁辐射更低，安装不用考虑漏磁面，当本实施例的三相空心电抗器应用在轨道交通捷运车辆中时，车下布置不受限制。此外，由于本实施例的三相空心电抗器无铁芯，系统工作时无铁芯的电抗器自身噪音比有铁芯的电抗器下降20db, 牵引电机噪声下降10db。
[0033]
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0034]
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0035]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0036]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理
解为指示或暗示相对重要性。
[0037]
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0038]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。