一种铁心单元及磁粉芯电抗器的制作方法

本发明属于电抗器，具体涉及一种铁心单元及磁粉芯电抗器。

背景技术：

1、并联电抗器在无功补偿领域应用广泛，主要用于吸收不同电压等级输电线路的容性无功。现有铁心并联电抗器的磁路结构为硅钢与气隙的组合结构，气隙的存在导致现有铁心电抗器的噪声问题突出。

2、磁粉芯材料相比于硅钢材料具有磁导率低的特点，将其应用于电抗器的磁路结构中可减小或完全取代磁路中的气隙，有望彻底解决现有硅钢铁心并联电抗器的噪声超标问题。但磁粉芯材料损耗较大，直接应用磁粉芯材料作为铁心柱会出现铁心损耗过大。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中铁心难以同时具有低损耗和低噪音的缺陷，从而提供一种铁心单元及磁粉芯电抗器。

2、为此，本发明提供了以下技术方案。

3、第一方面，本发明提供了一种铁心单元，包括磁粉芯铁心和套设在磁粉芯铁心外部的卷绕铁心；

4、卷绕铁心采用软磁材料，磁粉芯铁心采用磁粉芯材料，所述软磁材料损耗＜磁粉芯材料损耗；

5、所述卷绕铁心由若干个环形卷绕铁心沿磁粉芯铁心高度方向排列而成，上下相邻的两个环形卷绕铁心之间设置有高度≤8mm的气隙。

6、软磁材料通常是指具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。

7、磁粉芯材料是指将铁磁性粉末与绝缘介质混合压制而成的一种复合软磁材料。

8、所述软磁材料损耗＜磁粉芯材料损耗，损耗指的是同一磁通密度下，频率为50hz时的损耗，损耗单位为(w/kg)。

9、进一步的，卷绕铁心内径与磁粉芯铁心的直径相等，卷绕铁心外径为磁粉芯铁心直径的1.04～1.30倍。

10、进一步的，磁粉芯铁心的直径为50～400mm。

11、进一步的，所述若干个环形卷绕铁心中，最上方的环形卷绕铁心的上端面与磁粉芯铁心上端面平齐，最下方的环形卷绕铁心的下面与磁粉芯铁心下端面平齐。

12、进一步的，所述软磁材料各向同性。本发明铁心单元的卷绕铁心在制造时均是沿着软磁材料的长度方向卷绕，也就是沿着易导磁方向绕制。本发明电抗器运行时卷绕铁心部分的磁场是沿着垂直卷绕方向(易导磁方向)的，即磁场是沿着难导磁方向的，各向同性材料两个方向的磁场方向性能基本相同。若为各向异性材料则，卷绕方向易导磁，与其垂直的方向则为难导磁方向，难导磁方向的损耗相对较大，较难实现损耗的降低。

13、进一步的，所述软磁材料为无取向硅钢、非晶材料或纳米晶材料中的至少一种。

14、进一步的，所述磁粉芯材料相对磁导率≤60。

15、进一步的，所述磁粉芯材料为频率50hz，磁通密度为1.0t下，损耗≤5.0w/kg的fesi磁粉、fesial磁粉或纳米晶磁粉；

16、进一步的，所述软磁材料为牌号为35w210的无取向硅钢。

17、进一步的，所述磁粉芯铁心内部设置有第一气道，优选地，所述磁粉芯铁心由两个对称的圆弧形磁粉芯组成，两个圆弧形磁粉芯之间的缝隙形成第一气道；优选地，第一气道的宽度为5～15mm。

18、进一步的，磁粉芯铁心高度为20mm～80mm，截面为圆形。

19、第二方面，本发明提供了一种磁粉芯电抗器，包括上铁轭、若干个铁心柱、若干个绕组和下铁轭；铁心柱位于上铁轭和下铁轭之间，每个绕组对应的套装在一个铁心柱上；

20、每个铁心柱由若干上述的铁心单元组成。

21、进一步的，上下两个相邻的铁心单元通过粘结剂粘结，粘结缝隙高度≤0.10mm。

22、进一步的，上铁轭沿长度方向设置有第二气道，下铁轭沿长度方向设置有第三气道，第一气道、第二气道和第三气道平行对齐，形成贯通气道。

23、进一步的，上铁轭包括对称的第一多级铁轭叠片和第二多级铁轭叠片，第一多级铁轭叠片由多个宽度相同，不同长度的铁轭叠片叠积而成。

24、进一步的，铁轭叠片宽度为铁心柱直径的50％～75％。

25、铁轭叠片的材料为取向硅钢，在频率为50hz，磁密为1.70t的正弦磁化条件下，损耗不高于1.05w/kg；例如牌号为b30p105的取向硅钢。

26、进一步的，若干个铁心柱沿上铁轭长度方向设置，相邻的两个铁心柱之间的间距相等。

27、上铁轭和下铁轭上下对称分布。

28、上铁轭和下铁轭通过采用不同长度、不同厚度的铁轭叠片沿径向叠积的方式，制得的两端形成了与铁心柱直径相当的阶梯半圆形。

29、进一步的，第一气道、第二气道、第三气道宽度相同。

30、所述绕组由环氧树脂浇筑而成：绕组中的线圈分多层绕制，绕制完成后整体浇注环氧树脂，环氧树脂固化后形成浇注线圈。

31、本发明技术方案，具有如下优点：

32、1.本发明铁心单元包括磁粉芯铁心和设置在磁粉芯铁心外部的卷绕铁心；卷绕铁心采用软磁材料，磁粉芯铁心采用磁粉芯材料，所述软磁材料损耗＜磁粉芯材料损耗；所述卷绕铁心由若干个环形卷绕铁心沿磁粉芯铁心高度方向排列而成，上下相邻的两个环形卷绕铁心之间设置有高度≤8mm的气隙。

33、本发明通过将铁心单元设计为磁粉芯材料与低损耗软磁材料内外并联的磁路结构，当磁场流过铁心单元时，会产生磁场的分流，即一部分磁场从内部磁粉芯材料通过，另一部分磁场会通过外部的软磁材料，以此实现磁粉芯材料损耗的降低，避免磁粉芯铁心温度过高，并降低铁心单元整体的损耗。

34、本发明铁心单元内部的磁粉芯铁心无气隙，仅设置在外部的卷绕铁心上设置有高度≤8mm的气隙，从而显著降低铁心单元的噪音。

35、本发明铁心单元同时具有较低的损耗和较低噪音。

36、2.本发明铁心单元的卷绕铁心内径与磁粉芯铁心的直径相等，卷绕铁心外径为磁粉芯铁心直径的1.04～1.30倍。既可以保证噪声不会像传统硅钢铁心电抗器一样增加明显，同时又可以达到降低磁粉芯损耗的目的。避免噪声或损耗过大。

37、3.本发明铁心单元的磁粉芯铁心内部设置有第一气道。第一气道可增加磁粉芯铁心的散热，避免温度过高，影响应用。

38、4.本发明电抗器的上铁轭沿长度方向设置有第二气道，下铁轭沿长度方向设置有第三气道，第一气道、第二气道和第三气道平行对齐，形成贯通气道。可降低电抗器的损耗、加强散热，使电抗器整体温度降低，提高适用性。

39、5.本发明铁心单元中，所述磁粉芯材料相对磁导率≤60。将磁粉芯材料相对磁导率限定在本发明范围，可避免磁导率过大时为了满足电抗器电感值须引入气隙，导致噪声增加的情况。

40、6.本发明铁轭叠片宽度为铁心柱直径的50％～75％。铁轭叠片宽度小于铁心柱直径，可以降低上、下铁轭重量，充分利用铁轭硅钢材料磁感高的特点。具体如下：传统纯硅钢铁心电抗器的铁轭高度是大于铁心柱直径的，其目的是为了防止铁轭饱和，损耗增加。本专利铁轭为硅钢材料，其磁感高于磁粉材料的磁感，为了充分利用其磁感高的特点，可降低铁轭高度，使铁轭中的磁密有所提升，即可以保证性能同时可以降低铁轭重量和成本。