一种基于脉冲电流控制的磁控电抗器的制作方法

本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种基于脉冲电流控制的磁控电抗器。

背景技术：

目前，电力系统中应用的可控电抗器种类繁多，从最早的同步调相机，到调节分接头的可控电抗器，晶闸管控制电抗器（tcr），通过磁导率控制的磁饱和电抗器，磁阀式电抗器（mcr），通过采用晶闸管控制变压器副边短路时间的变压器式可控电抗器（tct），采用igbt桥控制的静态无功发生器（svg）等。

在上述电抗器中，磁饱和电抗器和磁阀式电抗器均为传统的直流激磁式磁控电抗器，采用铁芯柱通入固定方向的直流磁通控制方式，在进行控制时只改变直流磁通的大小而不改变其方向，调节速度较慢，且惯性较大。本发明将提出一种与上述可控电抗器的工作原理完全不同的磁控电抗器，用于解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于脉冲电流控制的磁控电抗器，实现可控无功电流的连续平滑调节，且调节速度快。

本发明采用的技术方案为：包括隔离变压器和调节控制电路单元，所述隔离变压器的副边绕组与调节控制电路单元的输入端连接，所述隔离变压器的副边绕组的个数与调节控制电路单元的个数相对应；

所述调节控制电路单元包括磁控电抗器本体、方波脉冲控制电流产生电路、电感元件和可控桥式整流电路，所述隔离变压器的副边绕组的两端分别与可控桥式整流电路的两个输入端连接，所述可控桥式整流电路的一个输出端通过电感元件和方波脉冲控制电流产生电路连接，所述可控桥式整流电路的另一个输出端与方波脉冲控制电流产生电路连接，所述方波脉冲控制电流产生电路和磁控电抗器本体连接；

所述的磁控电抗器本体为三柱式铁芯结构，包括一个中间柱铁芯和两个边柱铁芯，所述的中间柱铁芯的外表面绕制有主绕组，所述主绕组并联接入电网，两个所述的边柱铁芯的外表面分别绕制有第一控制绕组和第二控制绕组，所述的第一控制绕组的出线端和第二控制绕组的出线端连接；

所述的方波脉冲控制电流产生电路包括超级电容器、双向控制快速开关和串联电阻器，所述双向控制快速开关的一端和超级电容器的一端连接，所述串联电阻器的一端和超级电容器的另一端连接，所述双向控制快速开关的另一端连接第一控制绕组的进线端，所述串联电阻器的另一端连接第二控制绕组的进线端；

所述可控桥式整流电路的一个输出端连接电感元件的一端，所述电感元件的另一端连接超级电容器的正极，所述超级电容器的负极连接可控桥式整流电路的另一输出端。

优选的，所述磁控电抗器本体为单相时，隔离变压器设置有一个副边绕组；

所述磁控电抗器本体为三相时，隔离变压器设置有三个副边绕组，每个副边绕组均相应地连接有一个调节控制电路单元，且连接方式均与单相时相同；

优选的，两个所述的边柱铁芯结构对称，且截面积相等，所述的中间柱铁芯的截面积为边柱铁芯截面积的2倍。

优选的，为了使磁控电抗器本体上的主绕组磁通在两个控制绕组上产生的感应电动势相互抵消，所述的第一控制绕组和第二控制绕组的匝数相等。

优选的，为了能够分级调整方波脉冲控制电流产生电路所产生的方波脉冲控制电流的幅值，所述的串联电阻器为可投切电阻，且可投切电阻设置有多级。

优选的，所述的超级电容器为法拉电容器，电容量为1-10f。

优选的，为了能够调整超级电容器上的直流电压，实现改变脉冲电流幅值的作用，所述的可控桥式整流电路为晶闸管桥式整流电路。

本发明的隔离变压器的原边接入市电电源后，由副边输出的信号经可控桥式整流电路进行整流后对超级电容器进行供电，将储存巨大能量的超级电容器作为一个恒定的电压源，通过串联电阻器将超级电容器的电压源转变成电流源，然后经过双向控制快速开关输出方波电流，且是一种大电流，该电流信号为脉冲电流控制磁控电抗器的控制信号，主绕组并联接入电网，让该方波电流控制信号的过零点与主绕组产生的一次电流保持同步过零，能够快速改变磁控电抗器在半个周期内的铁芯磁导率，进而改变磁饱和度和直流磁通的大小及方向来实现磁控电抗器的一次电流调节，控制流过磁控电抗器绕组的感性电流，调节速度快，能够实现可控无功电流的连续平滑调节。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明所述的方波脉冲控制电流产生电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明包括调节控制电路单元1和隔离变压器2，所述隔离变压器2的副边绕组与调节控制电路单元1的两个输入端连接，所述隔离变压器2的副边绕组的个数与调节控制电路单元1的个数相对应，所述隔离变压器2的原边接入市电电源。

所述调节控制电路单元1包括磁控电抗器本体11、方波脉冲控制电流产生电路12、电感元件l和可控桥式整流电路13，所述隔离变压器2的副边绕组的两端分别与可控桥式整流电路13的两个输入端连接，所述可控桥式整流电路13的一个输出端通过电感元件l和方波脉冲控制电流产生电路12连接，所述可控桥式整流电路13的另一个输出端与方波脉冲控制电流产生电路12连接，所述方波脉冲控制电流产生电路12和磁控电抗器本体11连接。

所述的磁控电抗器本体11为三柱式铁芯结构，包括一个中间柱铁芯111和两个边柱铁芯112，所述的中间柱铁芯111的外表面绕制有主绕组113，所述主绕组113并联接入电网，两个边柱铁芯112的外表面分别绕制有第一控制绕组114和第二控制绕组115，所述的第一控制绕组114的出线端和第二控制绕组115的出线端连接，两个控制绕组的出线端的连接为反极性串联，目的是保证主绕组113磁通在两个控制绕组上产生的感应电动势能够抵消，串联后呈纯电阻特性，便于通过方波脉冲电流。

如图2所示，所述的方波脉冲控制电流产生电路12包括超级电容器c、双向控制快速开关121和串联电阻器122，所述双向控制快速开关121的一端和超级电容器c的一端连接，所述串联电阻器122的一端和超级电容器c的另一端连接，所述双向控制快速开关121的另一端连接第一控制绕组114的进线端，所述串联电阻器122的另一端电连接第二控制绕组115的进线端，串联电阻器122采用多级可投切电阻123串联组成，能够分级调整其产生的方波脉冲控制电流的幅值，电流幅值较大时，使可投切电阻上123的开关k1和（或）k2断开，从而使电阻r1和（或）r2起到限流分级的作用，电流幅值较大时，使可投切电阻123上的开关k1和（或）k2闭合，可投切电阻123设置有多个，具体使用时根据方波脉冲控制电流幅值的大小来进行调节，其脉冲控制电流幅值的平滑调整是由超级电容器c的电压调整电路来实现，双向控制快速开关（igbt）元件的触发脉冲是这样的，当检测到磁控电抗器中相应相的一次电流正向过零时，先关断触发信号，同时开通触发信号，反之，当一次电流负向过零时，先关断igbt的触发信号，同时导通igbt的触发信号。

所述可控桥式整流电路13的一个输出端连接电感元件l的一端，所述电感元件l的另一端连接超级电容器c的正极，所述超级电容器c的负极连接可控桥式整流电路13的另一输出端，电感元件l是为了平滑超级电容器c的充电电流，采用市电电源作为隔离变压器2的原边，超级电容器c的供电由单相或三相的交流电源经可控桥式整流电路来实现，可控桥式整流电路13相应的为单相可控桥式整流电路或三相可控桥式整流电路，可控桥式整流电路13为晶闸管桥式整流电路，改变晶闸管131的触发角即可实现调整超级电容器c上的直流电压的作用，进而改变脉冲控制电流的幅值。

所述磁控电抗器本体11为单相时，隔离变压器2设置有一个副边绕组，所述磁控电抗器本体11为三相时，隔离变压器2设置有三个副边绕组，每个副边绕组均相应地连接有一个调节控制电路单元1，且连接方式均与单相时相同，即对于三相的磁控电抗器本体11，由三个这样的单相控制电路分别触发对应相的磁控电抗器本体11上的控制绕组，且对于三相的磁控电抗器本体11，采用三个单相的磁控电抗器本体y接或△接即可，两种连接方式均为本领域公知常识，在此不再赘述。

两个所述的边柱铁芯112结构对称，且截面积相等，所述的中间柱铁芯111的截面积为边柱铁芯112截面积的2倍，使其能够实现第一控制绕组114和第二控制绕组115的结构对称。

所述的第一控制绕组114和第二控制绕组115的匝数相等，为了使磁控电抗器本体上的主绕组113磁通在两个控制绕组上产生的感应电动势相互抵消，便于通过方波脉冲电流。

所述的串联电阻器122由可投切电阻123组成，且可投切电阻123设置有多级，可投切电阻123所用开关可采用传统机械开关，也可采用电力电子器件如晶闸管或igbt来构成，采用可投切电阻123是为了分级调整方波脉冲控制电流产生电路12所产生的方波脉冲控制电流的幅值。

所述的超级电容器c为法拉电容器，电容量为1-10f，具体的电容量根据磁控电抗器的功率来决定，采用法拉电容器首先是因为其电容量很大，大电流放点能力强，符合本发明的要求，其次法拉电容器还具有使用寿命长和环保无污染的优点。

所述的可控桥式整流电路13为晶闸管桥式整流电路，能够改变晶闸管131的触角实现调整超级电容器c上的直流电压的作用，进而改变脉冲控制电流的幅值。

综上，磁控电抗器本体11上的主绕组113直接并联接入供电电网，第一控制绕组114和第二控制绕组115的出线端反极性串联，保证主绕组113的磁通在两个控制绕组上产生的感应电动势能够抵消，串联后呈纯电阻特性，第一控制绕组114的进线端和第二控制绕组115的进线端分别与方波脉冲控制电流产生电路12的两端相联，并使第一控制绕组114作为磁控电抗器本体的输入端，第二控制绕组115作为磁控电抗器本体的输出端，方波脉冲控制电流产生电路12输出的是方波电流，并且为大电流，让方波脉冲控制电流产生电路12产生的方波控制电流与主绕组113中通过的一次电流同时在电流的正、负半周过零，确保一次电流在正半周时铁芯内加入正向直流磁通，减小磁导率，增大正半周一次电流的幅值，在一次电流的负半周时加入反向直流磁通，改变磁导率，增大负半周时一次电流的幅值，通过调整方波脉冲控制电流的幅值进而可以实现改变一个周期内一次电流大小的作用，方波脉冲控制电流的产生采用双向控制快速开关121来实现，它将储存巨大电场能量的超级电容器c作为一个将近恒定的电压源，通过串联电阻器122的作用将电压源转变为方波电流源，超级电容器c的供电由隔离变压器2和可控桥式整流电路13来实现，同时可以通过控制可控桥式整流电路13上的晶闸管131的触发角来实现超级电容器c两端电压的快速调整，流过磁控电抗器绕组的感性电流也会随之快速调整，能够实现可控无功电流的连续平滑调节。