一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的制造方法
【專利摘要】一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，涉及可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)電感技術(shù)領(lǐng)域。它為了解決現(xiàn)有鐵芯電抗器易產(chǎn)生諧波的問(wèn)題。本發(fā)明的WW鐵芯柱、上鐵軛、CW鐵芯柱和下鐵軛依次首尾相接組成矩形主磁路框架，附加鐵芯柱位于矩形主磁路框架內(nèi)與WW鐵芯柱平行設(shè)置，小氣隙設(shè)置于上鐵軛中，大氣隙設(shè)置于附加鐵芯柱中，工作繞組螺旋纏繞在WW鐵芯柱上，控制繞組螺旋纏繞在CW鐵芯柱上，工作繞組產(chǎn)生的交流磁通瞬時(shí)流向應(yīng)與控制繞組產(chǎn)生的交流磁通瞬時(shí)流向相互對(duì)頂，檢測(cè)與控制電路用于產(chǎn)生一個(gè)與工作繞組電流頻率相等、相位相同、幅值可變的電流，濾波電容和定值電感起抑制高頻紋波的作用。本發(fā)明具有不產(chǎn)生諧波的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明適用于可調(diào)電抗器技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
-種基于磁路變換的可調(diào)電抗器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及可調(diào)電抗器技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器調(diào)節(jié) 電感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，已知的電感參數(shù)可調(diào)的鐵忍電抗器分為W下幾種:一、傳統(tǒng)機(jī)械式可調(diào)電抗 器，運(yùn)種電抗器的調(diào)節(jié)方式又分為調(diào)應(yīng)式和調(diào)氣隙式。調(diào)應(yīng)式電抗器調(diào)節(jié)方便，成本低，但 電感值不能連續(xù)調(diào)節(jié);調(diào)氣隙式電抗器能實(shí)現(xiàn)電感值連續(xù)可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其需要大功率 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與之配合，且震動(dòng)和噪聲大。二、晶閩管型可控電抗器(Thyristor Controlled Reactor, TCR)，它由一組反并聯(lián)晶閩管與固定參數(shù)的電抗器相串聯(lián)，通過(guò)控制晶閩管的導(dǎo) 通角實(shí)現(xiàn)電感值連續(xù)調(diào)節(jié)，但其引入了電力電子器件，必然產(chǎn)生諧波污染，且不能用于超高 壓場(chǎng)合。=、磁控電抗器，運(yùn)種電抗器可W按照交、直流控制方式分，典型代表為磁閥式可 控電抗器和直流助磁式可控電抗器。其工作原理是通過(guò)交(直)流控制鐵忍飽和程度，改變 鐵忍的等值相對(duì)磁導(dǎo)率從而實(shí)現(xiàn)電感值可調(diào)，但在長(zhǎng)期運(yùn)行中鐵忍處于飽和狀態(tài)，損耗大， 諧波大。四、基于脈寬調(diào)制技術(shù)(Pulse Width Modulation, PWM)的可控電抗器，它由固定 參數(shù)的電抗器與絕緣柵型雙極晶體管（IGBT)等器件組成的交流開關(guān)串聯(lián)而成，通過(guò)調(diào)節(jié)占 空比來(lái)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的等值電流，從而對(duì)外電路來(lái)看，其等效為參數(shù)可調(diào)的電抗器。其特 點(diǎn)是響應(yīng)速度快、電感值連續(xù)平滑可調(diào)，但應(yīng)用場(chǎng)合受到電力電子器件耐壓條件的約束。 五、超導(dǎo)可控電抗器，運(yùn)種電抗器線圈用超導(dǎo)材料制成，利用超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電 感值的調(diào)節(jié)。但提高超導(dǎo)線圈的熱穩(wěn)定性和降低超導(dǎo)材料的交流損耗是一技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鐵忍電抗器易產(chǎn)生諧波的問(wèn)題，提出一種基于磁路 變換的可調(diào)電抗器。
[0004] 本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器包括WW(working winding)鐵忍柱 1、上鐵輛2、CW(control 1 ing winding)鐵忍柱3、下鐵輛4，還包括附加鐵忍柱5、工作繞組6、 控制繞組7、小氣隙8、大氣隙9、基波電流檢測(cè)10、反饋電流檢測(cè)11、電流控制模塊12控 制與驅(qū)動(dòng)13、電壓型逆變器14、直流供電電源15、電流互感器cti、電流互感器ct2、電網(wǎng)交流 電壓Ua、濾波電容Cd、定值電感Ld ; 所述WW鐵忍柱1、上鐵輛2、CW鐵忍柱3和下鐵輛4依次首尾相接組成矩形主磁路框架，工 作繞組6螺旋纏繞在WW鐵忍柱1上，控制繞組7螺旋纏繞在CW鐵忍柱3上，工作繞組6產(chǎn)生的交 流磁通瞬時(shí)流向應(yīng)與控制繞組7產(chǎn)生的交流磁通瞬時(shí)流向相互對(duì)頂； 附加鐵忍柱5位于矩形主磁路框架內(nèi)，所述附加鐵忍柱5與WW鐵忍柱1平行設(shè)置，所述附 加鐵忍柱5上端與上鐵輛2固定連接、下端與下鐵輛4固定連接，小氣隙8設(shè)置于上鐵輛2中， 所述小氣隙8位于附加鐵忍柱5和WW鐵忍柱1之間，大氣隙9設(shè)置于附加鐵忍柱5中，所述大氣 隙9與上鐵輛2之間的距離與下鐵輛4之間的距離相等； 控制繞組7、定值電感Ld和電壓型逆變器14輸出端依次串聯(lián)組成控制回路，電流互感器 ct2跨接在所述控制回路上用于提取反饋電流，濾波電容Cd并聯(lián)在控制繞組7兩端，電壓型逆 變器14的輸入端和PWM控制與驅(qū)動(dòng)13的輸出端連接，所述PWM控制與驅(qū)動(dòng)13的輸入端與電流 控制模塊12的輸出端連接，電流控制模塊12的輸入端同時(shí)與基波電流檢測(cè)10、反饋電流檢 測(cè)11的輸出端連接，基波電流檢測(cè)10輸入端與電流互感器Ctl連接，反饋電流檢測(cè)11的輸入 端與電流互感器Ct2連接，電網(wǎng)交流電壓Ua與工作繞組6串聯(lián)組成工作回路，電流互感器Ctl 跨接在所述工作回路上用于提取工作電流，直流供電電源15與電壓型逆變器14連接為其供 電。- 本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的WW鐵忍柱1的橫截面形狀為圓形或矩 形。
[0005] 本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的CW鐵忍柱3的橫截面形狀為圓形 或矩形。
[0006] 本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的工作繞組6的橫截面形狀為圓形 或矩形。
[0007] 本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的控制繞組7的橫截面形狀為圓形 或矩形。
[000引本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的WW鐵忍柱1、上鐵輛2、CW鐵忍柱 3、下鐵輛4和附加鐵忍柱5的橫截面面積相等。
[0009] 本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的上鐵輛2、下鐵輛4和附加鐵忍柱 5的橫截面形狀均為矩形。
[0010] 本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的小氣隙8的長(zhǎng)度為h、大氣隙9的 長(zhǎng)度為12,所述小氣隙8的長(zhǎng)度和大氣隙9的長(zhǎng)度之間關(guān)系為:l2〉h。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的正視結(jié)構(gòu)圖； 圖2為圖1的俯視圖； 圖3為圖1的左視圖； 圖4為本發(fā)明所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]
【具體實(shí)施方式】一：結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于磁 路變換的可調(diào)電抗器包括WW(working winding)鐵忍柱1、上鐵輛2、CW(ContrC) 1 ling winding)鐵忍柱3、下鐵輛4,還包括附加鐵忍柱5、工作繞組6、控制繞組7、小氣隙8、大氣隙 9、基波電流檢測(cè)10、反饋電流檢測(cè)11、電流控制模塊12、P歷控制與驅(qū)動(dòng)13、電壓型逆變器 14、直流供電電源15、電流互感器cti、電流互感器Ct2、電網(wǎng)交流電壓Ua、濾波電容Cd、定值電 感Ld; 所述WW鐵忍柱1、上鐵輛2、CW鐵忍柱3和下鐵輛4依次首尾相接組成矩形主磁路框架，工 作繞組6螺旋纏繞在WW鐵忍柱1上，控制繞組7螺旋纏繞在CW鐵忍柱3上，工作繞組6產(chǎn)生的交 流磁通瞬時(shí)流向應(yīng)與控制繞組7產(chǎn)生的交流磁通瞬時(shí)流向相互對(duì)頂； 附加鐵忍柱5位于矩形主磁路框架內(nèi)，所述附加鐵忍柱5與WW鐵忍柱I平行設(shè)置，所述附 加鐵忍柱5上端與上鐵輛2固定連接、下端與下鐵輛4固定連接，小氣隙8設(shè)置于上鐵輛2中， 所述小氣隙8位于附加鐵忍柱5和WW鐵忍柱1之間，大氣隙9設(shè)置于附加鐵忍柱5中，所述大氣 隙9與上鐵輛2之間的距離與下鐵輛4之間的距離相等； 控制繞組7、定值電感Ld和電壓型逆變器14輸出端依次串聯(lián)組成控制回路，電流互感器 ct2跨接在所述控制回路上用于提取反饋電流，濾波電容Cd并聯(lián)在控制繞組7兩端，電壓型逆 變器14的輸入端和PWM控制與驅(qū)動(dòng)13的輸出端連接，所述PWM控制與驅(qū)動(dòng)13的輸入端與電流 控制模塊12的輸出端連接，電流控制模塊12的輸入端同時(shí)與基波電流檢測(cè)10、反饋電流檢 測(cè)11的輸出端連接，基波電流檢測(cè)10輸入端與電流互感器Ctl連接，反饋電流檢測(cè)11的輸入 端與電流互感器Ct2連接，電網(wǎng)交流電壓Ua與工作繞組6串聯(lián)組成工作回路，電流互感器Ctl 跨接在所述工作回路上用于提取工作電流，直流供電電源15與電壓型逆變器14連接為其供 電。
【具體實(shí)施方式】 [0013] 二：結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述 的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的區(qū)別在于:所述的WW鐵忍柱1的橫截面形狀為圓形或 矩形。
【具體實(shí)施方式】 [0014] 結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述 的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的區(qū)別在于:所述的CW鐵忍柱3的橫截面形狀為圓形或 矩形。
【具體實(shí)施方式】 [0015] 四：結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述 的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的區(qū)別在于:所述的工作繞組6的橫截面形狀為圓形或 矩形。
【具體實(shí)施方式】 [0016] 五:結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述 的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的區(qū)別在于:所述的控制繞組7的橫截面形狀為圓形或 矩形。
【具體實(shí)施方式】 [0017] 六:結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述 的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的區(qū)別在于:所述的WW鐵忍柱1、上鐵輛2、CW鐵忍柱3、下 鐵輛4和附加鐵忍柱5的橫截面面積相等。
【具體實(shí)施方式】 [0018] 屯:結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述 的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的區(qū)別在于:所述的上鐵輛2、下鐵輛4和附加鐵忍柱5的 橫截面形狀均為矩形。
【具體實(shí)施方式】 [0019] 八:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一所述 的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器的區(qū)別在于:所述的小氣隙8的長(zhǎng)度h與大氣隙9的長(zhǎng)度 b之間的關(guān)系為：l2〉h。
【具體實(shí)施方式】 [0020] 九:結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于磁路變換 的可調(diào)電抗器的工作原理為:在所述的控制繞組7中注入一個(gè)與工作繞組6中電流頻率相 等、相位相同、幅值可變的交流電流，通過(guò)調(diào)節(jié)控制繞組7中電流的大小，迫使工作繞組6產(chǎn) 生的交流磁通所流經(jīng)磁路由A-C-D-F-A變換為A-B-E-F-A，達(dá)到磁路變換的目的，進(jìn)而調(diào)節(jié) 電感值。
[0021 ] 所述基波電流檢巧U10、反饋電流檢測(cè)11、電流控制模塊12、P歷控制與驅(qū)動(dòng)13和電 壓型逆變器14用于產(chǎn)生一個(gè)注入到控制繞組7中的交流電流，濾波電容Cd和定值電感Ld用于 抑制高頻紋波。
[0022] 當(dāng)工作繞組6通入交流電流、控制繞組7不通電流時(shí)，工作繞組6產(chǎn)生一交流磁通。 由于附加鐵忍柱5中設(shè)置有大氣隙9,磁阻很大，交流磁通全部沿磁阻最小的磁路A-C-D-F-A 流通。又由于鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣隙的相對(duì)磁導(dǎo)率，忽略掉鐵磁材料的磁阻， 認(rèn)為該磁路的等效磁阻為Rml，電感值計(jì)算式為：
式中，N功工作繞組6的應(yīng)數(shù);Rm功小氣隙8的磁阻間為小氣隙如茲阻的等效導(dǎo)磁面積； 1功小氣隙8沿磁通方向的長(zhǎng)度;iio為真空磁導(dǎo)率，其數(shù)值為已知常數(shù)iio=如X l〇-7H/m。
[0023] 當(dāng)工作繞組6通入交流電流、控制繞組7注入一個(gè)與工作繞組6中電流頻率相等、相 位相同的交流電流，控制繞組7中電流值增大到使其所產(chǎn)生的交流磁通與工作繞組6產(chǎn)生的 交流磁通在B點(diǎn)大小相等、方向相反時(shí)（負(fù)半周時(shí)，在E點(diǎn)大小相等、方向相反），迫使工作繞 組6產(chǎn)生的交流磁通沿磁路A-B-E-F-A流通，該磁路中交流等效磁阻為小氣隙8和大氣隙9的 磁阻之和，電感值計(jì)算式為：
式中，Rm2為大氣隙9的磁阻；&為大氣隙9磁阻的等效導(dǎo)磁面積；h為大氣隙9沿磁通方 向的長(zhǎng)度。
[0024] 現(xiàn)推導(dǎo)此時(shí)需要注入到控制繞組7中的電流大小，分別對(duì)工作繞組6和控制繞組7 列寫磁路的歐姆定律方程： 令(61=(1)2，兩式相比得所言
式中，化為控制繞組7的應(yīng)數(shù);Fi為工作繞組6的交流磁動(dòng)勢(shì);F2為控制繞組7的交流磁動(dòng) 勢(shì)；Ii為工作繞組6中電流值；12為控制繞組7中電流值；d) 1為工作繞組6產(chǎn)生的交流磁通； 4 2為控制繞組7產(chǎn)生的交流磁通。
[002引除上述兩種特殊情況之外，調(diào)節(jié)控制繞組7中電流大小，使得電流12在O到l2max之間 變化時(shí)，電感值在Lmax與Lmin之間變化;改變大氣隙9與小氣隙8的比例關(guān)系，可W改變電感值 的調(diào)節(jié)范圍；整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中，工作繞組6產(chǎn)生的交流磁通所流經(jīng)的磁路由A-C-D-F-A變換 為A-B-E-F-A，使磁阻變大、磁通減小且主磁路帶氣隙，鐵忍不易飽和，不產(chǎn)生諧波干擾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，包括WW(working winding)鐵芯柱（1)、上鐵輒 (2)、CW( control ling winding)鐵芯柱（3)、下鐵輒(4)，其特征在于：它還包括附加鐵芯柱 (5)、工作繞組(6)、控制繞組(7)、小氣隙(8)、大氣隙(9)、基波電流檢測(cè)（10)、反饋電流檢測(cè) (11)、電流控制模塊（12)、PWM控制與驅(qū)動(dòng)（13)、電壓型逆變器（14)、直流供電電源（15)、電 流互感器Ctl、電流互感器Ct2、電網(wǎng)交流電壓Ua、濾波電容Cd、定值電感Ld ; 所述WW鐵芯柱（1)、上鐵輒(2)、CW鐵芯柱（3)和下鐵輒(4)依次首尾相接組成矩形主磁 路框架，工作繞組(6)螺旋纏繞在WW鐵芯柱（1)上，控制繞組(7)螺旋纏繞在CW鐵芯柱(3)上， 工作繞組(6)產(chǎn)生的交流磁通瞬時(shí)流向應(yīng)與控制繞組(7)產(chǎn)生的交流磁通瞬時(shí)流向相互對(duì) 頂； 附加鐵芯柱(5)位于矩形主磁路框架內(nèi)，所述附加鐵芯柱(5)與WW鐵芯柱（1)平行設(shè)置， 所述附加鐵芯柱(5)上端與上鐵輒(2)固定連接、下端與下鐵輒(4)固定連接，小氣隙（8)設(shè) 置于上鐵輒(2)中，所述小氣隙(8)位于附加鐵芯柱(5)和WW鐵芯柱（1)之間，大氣隙(9)設(shè)置 于附加鐵芯柱（5)中，所述大氣隙（9)與上鐵輒(2)之間的距離與下鐵輒(4)之間的距離相 等； 控制繞組(7)、定值電感Ld和電壓型逆變器（14)輸出端依次串聯(lián)組成控制回路，電流互 感器ct2跨接在所述控制回路上用于提取反饋電流，濾波電容Cd并聯(lián)在控制繞組(7)兩端，電 壓型逆變器（14 )的輸入端和PWM控制與驅(qū)動(dòng)（13 )的輸出端連接，所述PWM控制與驅(qū)動(dòng)（13 )的 輸入端與電流控制模塊（12)的輸出端連接，電流控制模塊(12)的輸入端同時(shí)與基波電流檢 測(cè)（10)、反饋電流檢測(cè)（11)的輸出端連接，基波電流檢測(cè)（10)輸入端與電流互感器(:^連 接，反饋電流檢測(cè)（11)的輸入端與電流互感器ct 2連接，電網(wǎng)交流電壓匕與工作繞組(6)串聯(lián) 組成工作回路，電流互感器eh跨接在所述工作回路上用于提取工作電流，直流供電電源 (15)與電壓型逆變器(14)連接為其供電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，其特征在于:所述的WW鐵芯 柱(1)的橫截面形狀為圓形或矩形。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，其特征在于:所述的CW鐵芯 柱(3)的橫截面形狀為圓形或矩形。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，其特征在于:所述的工作繞 組(6)的橫截面形狀為圓形或矩形。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，其特征在于:所述的控制繞 組(7)的橫截面形狀為圓形或矩形。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，其特征在于:所述的WW鐵芯 柱(1)、上鐵輒(2)、CW鐵芯柱(3)、下鐵輒(4)和附加鐵芯柱(5)的橫截面面積相等。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，其特征在于:所述的上鐵輒 (2)、下鐵輒(4)和附加鐵芯柱(5)的橫截面形狀均為矩形。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁路變換的可調(diào)電抗器，其特征在于:所述的小氣隙 (8)的長(zhǎng)度為li、大氣隙(9)的長(zhǎng)度為1 2,所述小氣隙(8)的長(zhǎng)度和大氣隙(9)的長(zhǎng)度之間關(guān)系 為:l2>ll〇
【文檔編號(hào)】H01F29/10GK105826064SQ201610335880
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】官瑞楊, 魏新勞
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)