專利名稱：交叉鐵心型可控電抗器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高壓設備制造技術，尤其涉及一種鐵心型可控電抗器，主要應用于電抗器制作領域。
背景技術：
隨著超高壓、長距離電網(wǎng)的建設和發(fā)展，線路對地的充電容量顯著增加，結果造成輕載和空載時由于超前無功功率過大而使受端電壓上升；超前電流使電力損耗增大以及切除負荷產(chǎn)生工頻過電壓等后果。因此，必須在系統(tǒng)上安裝滯后分量的調相設備，以補償充電容量。并聯(lián)電抗器具有吸收超前無功和在超高壓系統(tǒng)中限制操作過電壓的作用。而且隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對電抗器的性能的要求越來越高，在許多場合希望電抗器的電抗值可實現(xiàn)調節(jié)或控制。實現(xiàn)電感連續(xù)可調的常用方式有兩種，即改變間隙和調節(jié)偏磁。改變間隙是通過連續(xù)改變磁路中的氣隙長度來實現(xiàn)電感的連續(xù)可調。這種調節(jié)方式要求采用精密的機械傳動機構，其響應速度慢，噪聲大，易產(chǎn)生機械動作失靈。調節(jié)偏磁是通過改變鐵心磁路的直流勵磁磁通大小來實現(xiàn)電感的連續(xù)可調。這種調節(jié)方式調節(jié)速度上遠高于改變間隙的調節(jié)方式，并且沒有機械傳動機構，可靠度較高，但隨著電網(wǎng)電壓等級的提高，這種調節(jié)方式不但暴露出功耗高的問題，而且由于需要強直流勵磁，其工作繞組中交流電流在控制繞組中引起的感應高壓問題很難解決，制約了其發(fā)展。目前，可控電抗器中應用較為廣泛的是磁閥式鐵心可控電抗器，但這種設備僅在中電壓級別有成熟產(chǎn)品，在高電壓等級尚未得到廣泛應用。其工作原理是設備在電網(wǎng)中直接取電，經(jīng)電力電子元件整流后通入控制繞組，對鐵心磁閥進行勵磁，通過改變磁閥的磁狀況來實現(xiàn)鐵心上工作繞組的感抗可調。由于電力電子器件的使用受到電壓和容量的限制，這成為該技術向高壓領域發(fā)展的技術瓶頸。

本發(fā)明提出的技術方案核心在于有效地分離了交流工作繞組與直流控制繞組。工作繞組與控制繞組僅在磁路上以正交或斜交的方式存在部分重合，這不僅使得控制繞組能夠通過交叉區(qū)域的磁狀況控制工作繞組的感抗，而且還有效地隔斷它與工作繞組之間的磁耦合和電連接。設備的磁控單元處于低電位，既不承受電網(wǎng)電壓，也不因交流側通流而產(chǎn)生感應電壓或感應電流，因此磁控單元不受電網(wǎng)電壓及傳輸容量的制約，便于設計制作出適用于高電壓領域的可控電抗器設備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種交叉鐵心型可控電抗器，讓部分主鐵心也成為控制鐵心的一部分，使得它的飽和程度可以受直流繞組的控制，從而達到控制主鐵心上交流繞組阻抗的目的，同時，交流繞組磁通不能與直流繞組交鏈或完全交鏈，從而工作電流不會在直流繞組中引起難以處理的感應高壓。而且其總的損耗要小于一般可控電抗器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案: 一種交叉鐵心型可控電抗器，包括有一主鐵心，主鐵心的主邊柱上繞有交流繞組，一控制鐵心，控制鐵心上繞有直流繞組。主鐵心和控制鐵心共用部分鐵心柱，使得控制繞組產(chǎn)生的磁通可以控制部分主鐵心的飽和程度，而交流繞組產(chǎn)生的磁通不與控制繞組交鏈或者僅有部分與控制繞組交鏈，防止交流繞組的磁通在直流繞組上產(chǎn)生很高的感應電壓。主鐵心和控制鐵心共用部分鐵心柱可以采取以下三種主要方式:
在主鐵心的部分鐵心柱上切有一個缺口，在該缺口中插入所述控制鐵心的部分鐵心柱，控制鐵心的鐵心柱與主鐵心的鐵心柱呈正交或斜交。在控制鐵心的部分鐵心柱上切有一個缺口，在該缺口中插入所述的主鐵心的部分鐵心柱，主鐵心的鐵心柱與控制鐵心的鐵心柱呈正交或斜交。主鐵心與控制鐵心的部分鐵心柱相互交疊，二者呈正交或斜交。該控制鐵心的某一部分可與主鐵心以插接、榫卯或交替插鐵等方式相互交疊為一體。直流繞組為常導導線或超導導線繞制。本發(fā)明的優(yōu)點是:
1)交流繞組中的電流不會讓直流繞組產(chǎn)生感應，大大降低了直流繞組的絕緣要求；
2)由于直流繞組絕緣要求的降低，也可以縮小直流繞組體積和鐵心窗口尺寸，從而減小控制鐵心體積；
3)由于調節(jié)控制鐵心體積可以遠小于工作的主鐵心，而調節(jié)交流繞組阻抗僅需要調節(jié)控制鐵心的飽和程度即可，因此這種電抗器的調節(jié)速度可以高于普通磁控式可控電抗器；
4)該電抗器的交流繞組和主鐵心存在銅損和鐵損，但其控制鐵心與超導線材制作的直流繞組基本沒有損耗，其總的損耗要小于一般可控電抗器。


圖1為本發(fā)明交叉鐵心型可控電抗器的一實施例結構示意圖。圖2為本發(fā)明交叉鐵心型可控電抗器的另一實施例結構示意圖。圖3為本發(fā)明交叉鐵心型可控電抗器的又一實施例結構示意圖。圖4為本發(fā)明交叉鐵心型可控電抗器模型實驗示意圖。圖5為本發(fā)明交叉鐵心型可控電抗器模型實驗結果表。圖6為本發(fā)明交叉鐵心型可控電抗器模型測試的阻抗曲線圖。下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
具體實施例方式參閱圖1所示，本發(fā)明交叉鐵心型可控電抗器主體由主鐵心1、控制鐵心2、交流繞組3和直流繞組4組成。其中，交流繞組3繞在主鐵心I的主邊柱上；直流繞組4繞在控制鐵心2上。本發(fā)明的主要創(chuàng)新點在于:與常規(guī)的電抗器相比，該電抗器中增入了一控制鐵心2，增入的控制鐵心2與原主鐵心I共用部分鐵心柱?？刂畦F心2與主鐵心I共用部分鐵心柱的結合形式可以是以下主要形式之一: 其一:在主鐵心I的部分鐵心柱上切有一個缺口，在該缺口中插入所述的控制鐵心的
部分鐵心柱，控制鐵心的鐵心柱與主鐵心的鐵心柱呈正交或斜交。如圖1所示，為該結合形式的一實施例，先在主鐵心I的副邊柱上切一個缺口，控制鐵心2的內(nèi)邊柱通過該缺口與主鐵心的副邊柱相互接合為一體，使得該控制鐵心2外邊柱上繞有的直流繞組4和繞在主鐵心I主邊柱上的交流繞組3呈相互正交?？刂畦F心插入開口的部分鐵心柱稱為控制段。其二:在控制鐵心2的部分鐵心柱上切有一個缺口，在該缺口中插入主鐵心I的部分鐵心柱，控制鐵心的鐵心柱與主鐵心的鐵心柱呈正交或斜交。圖2示出了該結合形式的一具體實施例。其三:讓控制鐵心2與原主鐵心I的部分鐵心柱相互交疊，二者呈正交或斜交，該結合形式的一實施例可參見圖3所示。交疊方式可以有多種，如插接、榫卯或交替插鐵等。鐵心柱共用接合方式還可以更多的具體形式，如除交流柱和直流柱外，主鐵心和控制鐵心共用部分鐵心柱；或主鐵心的交流柱與控制鐵心的直流柱部分共用；或主鐵心的交流柱與控制鐵心除直流柱外的鐵心柱部分共用；或控制鐵心的直流柱與主鐵心除交流柱外的鐵心柱共用等。此處不再一一列舉，只需能夠保證滿足工作狀態(tài)即可，即應滿足:無論所述的主鐵心和控制鐵心采用哪種形式共用部分鐵心柱，應使得直流繞組產(chǎn)生的磁通控制部分主鐵心的飽和程度，而交流繞組產(chǎn)生的磁通不與直流繞組交鏈或者僅有部分與直流繞組交鏈。應用中，將交流繞組2并聯(lián)接入電網(wǎng)中。當直流繞組4無電流時，主鐵心I相當于一個閉合的鐵心，它與交流繞組3 —起形成一個帶鐵心的電抗器，使得交流繞組3呈現(xiàn)較高的阻抗。當直流繞組4勵磁時，可以改變控制鐵心的磁化狀態(tài)，進而改變控制段的磁導率和主鐵心的磁通量，最終改變了交流繞組3的阻抗，特別是當直流繞組4勵磁使控制段充分飽和時，主鐵心I近似于一個開口的鐵心，此時，電抗器阻抗最小。這種結構的一個優(yōu)點是交流磁通和直流磁通相互正交，因此交流繞組中的電流不會讓直流繞組產(chǎn)生感應，大大降低了直流繞組的絕緣要求，并且由于絕緣要求的降低，也可以縮小直流繞組體積和鐵心窗口尺寸，從而減小控制鐵心體積。由于調節(jié)控制鐵心體積可以遠小于工作鐵心，而調節(jié)交流繞組阻抗僅需要調節(jié)控制鐵心的飽和程度即可，因此這種電抗器的調節(jié)速度可以高于普通磁控式可控電抗器。最后，該電抗器的交流繞組和主鐵心存在銅損和鐵損，但其控制鐵心與超導線材制作的直流繞組基本沒有損耗，其總的損耗要小于一般可控電抗器。圖4是本發(fā)明交叉鐵心型可控電抗器的一模型構成示意圖，用一個卷鐵心作為主鐵心，在其上繞制94匝線圈，并開一個缺口。用另一個卷鐵心作為控制鐵心，并在其上繞制72匝繞組?？刂畦F心插入主鐵心缺口，構成交叉鐵心型可控電抗器模型。利用調壓器、直流電源分別給交流繞組和直流繞組供電，并監(jiān)測交流繞組的端電壓和電流，即可測試電抗器模型的性能。在實驗中，直流繞組不通電流，或通過5A電流，而交流繞組通過I IOA電流，根據(jù)交流電流和交流繞組兩端電壓計算交流繞組阻抗。模型樣機實驗結果如圖5中的表所示。根據(jù)圖6的圖示說明，直流勵磁確實對交流繞組阻抗起到了調節(jié)作用。證明本發(fā)明的原理是可行的。上述各實施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本申請專利的保護范圍。
權利要求
1.一種交叉鐵心型可控電抗器，包括有一主鐵心,主鐵心的交流柱上繞有交流繞組,一控制鐵心，控制鐵心的直流柱上繞有直流繞組，其特征在于:主鐵心和控制鐵心共用部分鐵心柱。
2.根據(jù)權利要求1所述的交叉鐵心型可控電抗器，其特征在于:所述的主鐵心和控制鐵心共用部分鐵心柱，使得直流繞組產(chǎn)生的磁通控制部分主鐵心的飽和程度，而交流繞組產(chǎn)生的磁通不與直流繞組交鏈或者僅有部分與直流繞組交鏈。
3.根據(jù)權利要求1所述的交叉鐵心型可控電抗器，其特征在于:在主鐵心的部分鐵心柱上切有一個缺口，在該缺口中插入所述控制鐵心的部分鐵心柱，控制鐵心的鐵心柱與主鐵心的鐵心柱呈正交或斜交。
4.根據(jù)權利要求1所述的交叉鐵心型可控電抗器，其特征在于:在控制鐵心的部分鐵心柱上切有一個缺口，在該缺口中插入所述的主鐵心的部分鐵心柱，主鐵心的鐵心柱與控制鐵心的鐵心柱呈正交或斜交。
5.根據(jù)權利要求1所述的交叉鐵心型可控電抗器，其特征在于:主鐵心與控制鐵心的部分鐵心柱相互交疊，二者呈正交或斜交。
6.根據(jù)權利要求1所述的交叉鐵心型可控電抗器，其特征在于:直流繞組為常導導線或超導導線繞制。
7.根據(jù)權利要求5所述的交叉鐵心型可控電抗器，其特征在于:該控制鐵心的一部分與主鐵心以插接、榫卯或交替插鐵方式相互交疊為一體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交叉鐵心型可控電抗器，包括有一主鐵心，主鐵心的交流柱上繞有交流繞組，一控制鐵心，控制鐵心的直流柱上繞有直流繞組，主鐵心和控制鐵心共用部分鐵心柱，使得直流繞組產(chǎn)生的磁通控制部分主鐵心的飽和程度，而交流繞組產(chǎn)生的磁通不與直流繞組交鏈或者僅有部分與直流繞組交鏈。其交流繞組阻抗改變速度快，功耗較小，交流繞組和直流繞組之間不存在相互感應。
文檔編號H01F27/24GK103187145SQ201110446119
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者張敬因, 龔偉志, 信贏, 魏子鏹 申請人:北京云電英納超導電纜有限公司