以填充非導(dǎo)磁材料或弱導(dǎo)磁材料。
[0044] 如圖10所示，所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述勵磁繞組5之間的 連接方式為并聯(lián)、串聯(lián)或者混聯(lián)。
[0045] 如圖8和圖9所示，所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述換流器為 交-直-交換流器，前級為單相的不控整流器或三相的不控整流器、半控整流器、PWM整流 器，后級為PWM逆變器。為減小系統(tǒng)諧波含量，換流器輸出端并聯(lián)濾波器。本實施例的勵磁 回路所用的低壓換流器可以是交直交型（前級整流+中間直流環(huán)節(jié)+后級逆變）。當(dāng)為電 抗器為三相時，后級為三相PWM逆變器；當(dāng)為單相電抗器時，后基為單相PWM逆變器。不管 是三相還是單相逆變器，前級可以是三相或者單相整流，整流器可以是不控整流或者半控 整流或者PWM整流。
[0046] 本發(fā)明的可調(diào)電抗器的磁路由主磁路（主鐵芯和主繞組）和勵磁回路（勵磁鐵芯 和勵磁繞組）組成。其中，主鐵芯由定子鐵芯和旋轉(zhuǎn)鐵芯構(gòu)成。
[0047] 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)鐵芯采用導(dǎo)磁材料疊壓而成，旋轉(zhuǎn)鐵芯為圓柱體結(jié)構(gòu)以便定旋轉(zhuǎn)鐵 芯間氣隙均勻從而減小電磁噪聲。旋轉(zhuǎn)鐵芯兩側(cè)由端蓋通過螺絲固定安裝在定子鐵芯上， 端蓋采用非磁性材料。旋轉(zhuǎn)鐵芯由外部電機驅(qū)動控制旋轉(zhuǎn)。
[0048] 旋轉(zhuǎn)鐵芯內(nèi)開氣隙（氣隙可由非導(dǎo)磁材料或弱導(dǎo)磁材料疊壓來代替），當(dāng)旋轉(zhuǎn)鐵 芯旋轉(zhuǎn)時，氣隙隨旋轉(zhuǎn)鐵芯一同旋轉(zhuǎn)。因為氣隙的磁阻遠大于鐵磁材料的磁阻，根據(jù)磁通走 磁阻最小路徑的原理，旋轉(zhuǎn)鐵芯內(nèi)氣隙的存在使得磁通路徑隨旋轉(zhuǎn)鐵芯旋轉(zhuǎn)角度變化而變 化。旋轉(zhuǎn)鐵芯內(nèi)氣隙可以是一道、兩道、多道（圖4(b))，但氣隙位置沿直徑方向?qū)ΨQ。本實 施例示意圖1中為方便起見，畫出兩道氣隙情況的示意圖。在疊片切面上，氣隙之間相互平 行。
[0049] 本發(fā)明的勵磁鐵芯分布在各個主繞組上下兩端，勵磁鐵芯為不閉合結(jié)構(gòu)，且鐵芯 上繞有勵磁繞組，每相的勵磁繞組串聯(lián)連接。通過對勵磁繞組注入與主繞組同周期的正弦 電流，通過主繞組所在鐵芯柱上磁通量發(fā)生變化，例如：當(dāng)電流相位相同（或相反）時，磁通 量增大（或減?。?，從而達到改變主繞組電抗值的目的。
[0050] 根據(jù)系統(tǒng)采樣的參數(shù)計算所需調(diào)節(jié)的電感目標(biāo)值，然后根據(jù)事先存到控制器存儲 單元中的電抗器角度與電感值數(shù)據(jù)表，通過查表獲得與改電抗值最接近的旋轉(zhuǎn)鐵芯目標(biāo)角 度，并且根據(jù)這個目標(biāo)角度下發(fā)控制指令給控制單元，控制單元經(jīng)過信號調(diào)理得到驅(qū)動脈 沖信號，并把該驅(qū)動信號發(fā)給功率驅(qū)動單元，驅(qū)動步進電機或伺服電機旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置。當(dāng) 旋轉(zhuǎn)鐵芯到達目標(biāo)位置后，電機控制程序保持該狀態(tài)不變（不再進行控制操作）。此時，變 流器控制程序啟動，計算出實時電抗值，該實時電抗值最為反饋信號給低壓換流器控制器， 控制器通過計算輸出觸發(fā)信號并經(jīng)過功率放大給低壓換流器的全控器件，以便得到所需的 勵磁電流，從而獲得所需電感值。
[0051] 在精度要求不高的場合本發(fā)明可單獨通過旋轉(zhuǎn)鐵芯進行電抗調(diào)節(jié)。當(dāng)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)鐵 芯旋轉(zhuǎn)至某一位置（該位置的電抗值與系統(tǒng)需求的電抗值在勵磁系統(tǒng)的電抗調(diào)節(jié)范圍之 內(nèi)）而電機出現(xiàn)故障時，本發(fā)明可通過勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)電抗，以提高系統(tǒng)的容錯能力及可靠 性，見圖7。
[0052] 當(dāng)勵磁調(diào)節(jié)和機械調(diào)節(jié)系統(tǒng)獨立調(diào)節(jié)滿足電抗要求時，兩套系統(tǒng)互為冗余，提高 了系統(tǒng)可靠性。
[0053] 本發(fā)明可進一步拓展為三相結(jié)構(gòu)在三相系統(tǒng)中應(yīng)用，三個旋轉(zhuǎn)鐵芯獨立控制調(diào)節(jié) 各相電感值。
[0054] 圖2 (a)為本發(fā)明裝置在某一工作時刻對應(yīng)旋轉(zhuǎn)鐵芯位置示意圖（將該時刻旋轉(zhuǎn) 鐵芯位置對應(yīng)于0° (90° )位置。則圖2(b)旋轉(zhuǎn)鐵芯處于90° (0° )位置。當(dāng)旋轉(zhuǎn)鐵 芯處于0°位置時，旋轉(zhuǎn)鐵芯磁路原理如圖3(a)所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)鐵芯處于90°位置時，旋轉(zhuǎn)鐵 芯磁路原理如圖3(b)所示，R 2為定旋轉(zhuǎn)鐵芯間氣隙磁阻；R3為定子鐵磁材料等效磁阻； R4、R5、R8為旋轉(zhuǎn)鐵芯鐵磁材料等效磁阻；R6、R 7為旋轉(zhuǎn)鐵芯氣隙磁阻。通過外部電機驅(qū)動， 根據(jù)需要，旋轉(zhuǎn)鐵芯在0°到90°范圍內(nèi)的變化時，磁路的等效磁阻發(fā)生變化。電感值表達 式
[0056] 其中：lg為氣隙磁路部分等效氣隙長度；MPL為非氣隙磁路部分等效長度；A。為磁 路等效截面積；μ "為材料磁導(dǎo)率；R為等效磁阻；
[0057] 根據(jù)式（1)可知，通過改變等效磁阻可使得電感值發(fā)生變化，達到電抗可調(diào)的目 的。
[0058] 在旋轉(zhuǎn)鐵芯處于0°時，根據(jù)類比電路圖可知，此時磁阻最大，電感處于最小值。
[0059] 在旋轉(zhuǎn)鐵芯處于90°時，根據(jù)類比電路圖可知，此時磁阻最小，電感達到最大值。
[0060] 在旋轉(zhuǎn)鐵芯磁通不飽和的情況下，當(dāng)旋轉(zhuǎn)鐵芯內(nèi)等效氣隙越大時，旋轉(zhuǎn)鐵芯從0° 變化到90°時磁路的磁阻變化越大，最大值與最小值相差越大，電感調(diào)節(jié)范圍越寬。
[0061] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：包括機械調(diào)節(jié)系統(tǒng)和勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 所述機械調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括定子鐵芯、旋轉(zhuǎn)鐵芯和主繞組；定子鐵芯為口字型結(jié)構(gòu)，定子鐵 芯上左右分別繞設(shè)主繞組，旋轉(zhuǎn)鐵芯兩側(cè)連接在定子鐵芯上，所述旋轉(zhuǎn)鐵芯內(nèi)開氣隙，旋轉(zhuǎn) 鐵芯由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；通過電機驅(qū)動控制旋轉(zhuǎn)鐵芯的旋轉(zhuǎn)角度以調(diào)節(jié)主磁路的磁阻； 勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括勵磁鐵芯和勵磁繞組、換流器；各個主繞組上下兩側(cè)各分布一個勵 磁鐵芯，勵磁鐵芯與定子鐵輒平行；每個勵磁鐵芯上勵磁繞組匝數(shù)相同，且各勵磁繞組之間 相互連接，然后連接換流器；勵磁繞組所形成的磁力線與勵磁鐵芯疊片方向平行，外部電源 通過換流器形成可控的勵磁電流經(jīng)過勵磁繞組來調(diào)節(jié)電抗器的電抗值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述定子鐵芯和旋轉(zhuǎn) 鐵芯均為導(dǎo)磁材料疊片疊壓而成；勵磁鐵芯為導(dǎo)磁材料疊片疊壓而成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述勵磁繞組之間的 連接方式為并聯(lián)、串聯(lián)或者混聯(lián)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：旋轉(zhuǎn)鐵芯為圓柱體結(jié) 構(gòu)，旋轉(zhuǎn)鐵芯兩側(cè)由端蓋連接在定子鐵芯上，所述端蓋為非磁性材質(zhì)，旋轉(zhuǎn)鐵芯的轉(zhuǎn)軸為磁 性材料疊片的法線方向。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述氣隙以旋轉(zhuǎn)鐵芯 一直徑為中心線呈對稱結(jié)構(gòu)，且穿過或均勻分布在轉(zhuǎn)軸周邊。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：當(dāng)氣隙為偶數(shù)道相互 平行的直氣隙時，氣隙對稱分布于轉(zhuǎn)軸軸心兩側(cè)；當(dāng)氣隙為奇數(shù)道相互平行的直氣隙時，中 間的氣隙經(jīng)過轉(zhuǎn)軸軸心，兩邊的氣隙對稱分布于轉(zhuǎn)軸軸心兩側(cè)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述氣隙在靠近轉(zhuǎn)軸 處為與轉(zhuǎn)軸同心的圓弧形結(jié)構(gòu)，然后兩端連通直線間隙，氣隙在轉(zhuǎn)軸兩邊對稱分布。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述氣隙中填充非導(dǎo) 磁材料或弱導(dǎo)磁材料。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述換流 器為交-直-交換流器，前級為單相的不控整流器或三相的不控整流器、半控整流器、PWM整 流器，后級為PWM逆變器。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，其特征在于：所述換流器輸出端并 聯(lián)濾波器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗器，包括機械調(diào)節(jié)系統(tǒng)、勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)；機械調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用在主磁路中內(nèi)嵌旋轉(zhuǎn)鐵芯，通過外部電機驅(qū)動控制旋轉(zhuǎn)鐵芯的旋轉(zhuǎn)角度以調(diào)節(jié)主磁路的磁阻來達到調(diào)節(jié)電抗的目的。勵磁系統(tǒng)則采用在穿過主繞組鐵芯上下裝配勵磁鐵芯和勵磁繞組，并通過外部電力電子換流器控制通過勵磁繞組的電流，進而控制通過主繞組的磁通量，以達到調(diào)節(jié)電抗的目的。兩套電抗調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以互為冗余以提高可靠性，也可以相互協(xié)調(diào)控制以提高控制精度。本發(fā)明具有調(diào)節(jié)精度高、可靠性高的優(yōu)點。
【IPC分類】H02P13/12, H01F29/14
【公開號】CN105244152
【申請?zhí)枴緾N201510713806
【發(fā)明人】顧灶根, 趙高峰, 鄧峰, 張何, 李斌, 李紅, 陳抒瑢, 左紅兵, 夏一羽
【申請人】南京南瑞集團公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月28日